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c++如何实现LRU Cache缓存机制_c++ 双向链表与哈希映射结合【案例】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2025-12-30 13:53:02

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来源于php中文网

原创

必须协同使用std::list和std::unordered_map:list维护访问顺序且迭代器稳定(删除非所指节点不失效),map提供O(1)定位;capacity为0时put应直接返回。

c++如何实现lru cache缓存机制_c++ 双向链表与哈希映射结合【案例】

为什么不能只用 std::list 或只用 std::unordered_map

单独用 std::list 无法在 O(1) 时间定位某个 key 对应的节点——每次 get 都得遍历,退化成 O(n);只用 std::unordered_map 则无法维护访问顺序,淘汰最久未用项时得遍历所有 value 找最小时间戳,也是 O(n)。必须让两者协作:unordered_map 存 key → list::iterator 映射,list 存实际 pair 并保证头尾有序。

list::iterator 能稳定指向元素的前提是什么

std::list 的迭代器在插入/删除其他节点时不失效(这是它和 vector 的关键区别),但前提是不删除该迭代器本身指向的节点。所以你在 get 时把节点移到 front,或在 put 时删除 back 节点,都必须先用 map 查到对应 iterator,再用 spliceerase 操作——不能直接保存裸指针或索引。

  • 错误写法:auto ptr = &(*it); —— list 迭代器不是指针,取地址无意义且不保活
  • 正确做法:cache_list.splice(cache_list.begin(), cache_list, it); 移动节点
  • map 中存储的是 std::list>::iterator,不是 pair*

如何避免 put 时重复插入导致内存泄漏或逻辑错乱

常见坑是:key 已存在,却先 erase map 项、再 push_front 新节点,最后再 insert map —— 这中间如果 list 操作失败(比如内存不足),map 就丢了映射,且旧节点还在 list 里。更安全的做法是统一用「查-删-插」流程,并复用原节点:

void put(int key, int value) {
    if (cache_map.find(key) != cache_map.end()) {
        auto it = cache_map[key];
        it->second = value;                    // 更新值
        cache_list.splice(cache_list.begin(), cache_list, it); // 移至头部
    } else {
        cache_list.push_front({key, value});
        cache_map[key] = cache_list.begin();
        if (cache_map.size() > capacity) {
            int tail_key = cache_list.back().first;
            cache_map.erase(tail_key);
            cache_list.pop_back();
        }
    }
}

构造函数里 capacity 为 0 怎么处理

不少实现忽略边界情况,导致 capacity == 0put 后立即删光,get 永远返回 -1。应该在 put 开头加判断:

Dora
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  • capacity == 0,直接 return(不存任何数据)
  • capacity ,按 0 处理(防御性编程)
  • 注意 cache_map.max_size() 和实际容量无关,别混淆

链表和哈希表的生命周期必须完全一致:list 析构时所有 iterator 自动失效,map 里存的 iterator 不会自动清空,所以类析构不需要显式清理 iterator,但必须确保 list 在 map 之后析构(成员声明顺序要 list 在前、map 在后,或用 RAII 管理)。

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