LRU算法介紹
眾所周知，操作系統緩存是有限的，當緩存快要耗盡的時候，我們就需要對已經存在的頁面進行置換。記得在大二學習操作系統的時候介紹過幾個緩存策略，分別是OPT，FIFO，LRU，Clock，LFU。我們本文簡單介紹一下LRU算法的實現。
LRU算法實現
實現簡介
我在網上搜索LRU算法的時候看到leetcode一道題目，這里我以leetcode 146一套題目為例，講解LRU算法的實現。我使用的語言是C++，如果你熟悉C++的話用LinkedList+map，Java的話有現成的數據結構即LinkedHashMap。
實現思路
實現主要使用的數據結構是LinkedList + map(即鏈表+哈希表)。實現主要的函數是init、get和put。init函數負責初始化，其中包括cache大小的設置等；get函數負責獲取緩存中的對于的頁面。put函數負責將新的頁面插入緩存中。下面我具體介紹一下這三個函數的具體實現。
- 在
init函數中，我們初始化一個LinkedList = NULL;，同時初始化這個cache的大小capacity和現在的頁面數count。 - 在
get函數中，我們根據key到hash表中去查詢有沒有對應的節點，如果存在，將這個節點摘出來，放在鏈表最頭部的位置。這里摘出來有個小技巧，我們可以將這個節點和他后面的幾點數據互換，然后刪除后面的節點。如圖
RemoveNode
- 在
put函數中，我們先查詢這個節點是不是存在，如果存在，根據value生成新的節點，存在map中，替換原來的節點，并且push到鏈表的頭部。如果不存在，直接生成新節點，存入map，并push到鏈表頭部。
實現代碼
//
// main.cpp
// LRU_Demo
//
// Created by 李林 on 2017/9/14.
// Copyright ? 2017年 lee. All rights reserved.
//
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <map>
#include <algorithm>
#include <iterator>
using namespace std;
/*
核心思想：map+List。類似于Java中LinkedHashMap。
map變化和List變化需要同步，查詢運用map優勢，增減運用List優勢。
*/
struct Node {
int key;
int val;
Node *next;
Node(int k, int v) : key(k), val(v), next(NULL) {
}
};
class LRUCache {
public:
LRUCache(int capacity) {
count = 0;
size = capacity;
cacheList = NULL;
}
int get(int key) {
if (cacheList == NULL) return -1;
map<int, Node *>::iterator it = mp.find(key);
if (it == mp.end()) {
return -1;
} else {
Node *newNode = it->second;
pushNewNodeToFront(newNode);
return cacheList->val;
}
}
void put(int key, int val) {
if (cacheList == NULL) {
cacheList = new Node(key, val);
cacheList->next = NULL;
mp[key] = cacheList;
count++;
} else {
map<int, Node *>::iterator it = mp.find(key);
if (it == mp.end()) { // 沒有這個key
if (count == size) {
Node *p = cacheList;
Node *pre = p;
while (p->next != NULL) {
pre = p;
p = p->next;
}
mp.erase(p->key);
count--;
if (pre == p) { // 只有一個節點
cacheList = NULL;
} else {
pre->next = NULL;
}
free(p);
}
Node *newNode = new Node(key, val);
newNode->next = cacheList;
cacheList = newNode;
mp[key] = cacheList;
count++;
} else { // 有這個key
Node *newNode = it->second;
newNode->val = val;
pushNewNodeToFront(newNode);
}
}
}
void pushNewNodeToFront(Node *newNode) {
if (count == 1) return ;
if (newNode == cacheList) return ;
Node *Next = newNode->next;
if (Next) {
newNode->next = Next->next;
swap(newNode->key, Next->key);
swap(newNode->val, Next->val);
Next->next = cacheList;
cacheList = Next;
// 勿忘map操作
swap(mp[newNode->key], mp[Next->key]);
} else { // 最后一個節點
Node *p = cacheList;
while (p->next != newNode) {
p = p->next;
}
p->next = NULL;
newNode->next = cacheList;
cacheList = newNode;
}
}
private:
int count;
int size;
Node *cacheList;
map<int, Node*> mp;
};
int main(int argc, const char * argv[]) {
LRUCache cache(2);
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cout<<cache.get(1)<<endl; // returns 1
cache.put(3, 3); // evicts key 2
cout<<cache.get(2)<<endl; // returns -1 (not found)
cache.put(4, 4); // evicts key 1
cout<<cache.get(1)<<endl; // returns -1 (not found)
cout<<cache.get(3)<<endl; // returns 3
cout<<cache.get(4)<<endl; // returns 4
return 0;
}
運行結果
運行的結果是1，-1，-1，3，4。（-1代表未命中）
運行結果
