LeetCode146: LRU缓存

题目描述
请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache 类：
LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例
示例：
输入
[“LRUCache”, “put”, “put”, “get”, “put”, “get”, “put”, “get”, “get”, “get”]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1); // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3); // 返回 3
lRUCache.get(4); // 返回 4

解题思想
1、使用双向链表
2、使用HashMap
将最近使用的放到链表头部，如果超过容量就将最尾部的删除掉。

代码

class LRUCache {
public:

	//定义双向链表
	struct Node {
		int key, val;
		Node* next, * prev;
		Node(): key(0), val(0), prev(nullptr), next(nullptr){};
		Node(int _key,int _val):key(_key),val(_val), prev(nullptr), next(nullptr) {};
	};
	//链表的首尾节点
	Node* head, *tail;
	//key和结点的映射关系
	unordered_map<int, Node*> umap;
	int capacity,size; //容量大小和已经使用的大小
	LRUCache(int capacity) {
		//初始化
		this->capacity = capacity;
		this->size = 0;
		head = new Node();
		tail = new Node();
		head->next = tail;
		tail->prev = head;
	}

	int get(int key) {
		//如果不存在返回-1
		if (!umap.count(key))
			return -1;
		Node* node = umap[key];
		removeNode(node);
		addNodeToHead(node);
		return node->val;
	}
			
	
	void put(int key, int value) {

		
		//如果链表中key存在,就修改value的值,然后再插入到表头
		if (umap.count(key)) {
			Node* node = umap[key];
			node->val = value;
			removeNode(node);
			addNodeToHead(node);
		}
		//如果不存在
		else {
			//如果容量不够,就先删除最久未使用的，然后再创建一个新的结点
			if (capacity == size) {
				Node* removed = tail->prev;
				//从哈希表中删除最久未访问的
				umap.erase(removed->key);
				//从链表中也删除
				removeNode(removed);
				size--;
			
			}
			//新创建一个节点
			Node* node = new Node(key, value);
			addNodeToHead(node);
			umap[key] = node;
			size++;
		}
	}
	
	//删除当前节点
	void removeNode(Node* node) {
		node->prev->next = node->next;
		node->next->prev = node->prev;
	}

	//添加到表头
	void  addNodeToHead(Node* node) {
		node->prev = head;
		node->next = head->next;
		head->next->prev = node;
		head->next = node;
	}
};