LRU Cache的简单c++实现

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什么是 LRU

LRU Cache是一个Cache的置换算法，含义是“最近最少使用”，把满足“最近最少使用”的数据从Cache中剔除出去，并且保证Cache中第一个数据是最近刚刚访问的，因为这样的数据更有可能被接下来的程序所访问。

LRU的应用比较广泛，最基础的内存页置换中就用了，对了，这里有个概念要清楚一下，Cache不见得是CPU的高速缓存的那个Cache，这里的Cache直接翻译为缓存，就是两种存储方式的速度有比较大的差别，都可以用Cache缓存数据，比如硬盘明显比内存慢，所以常用的数据我们可以Cache在内存中。

LRU基本算法描述

前提：

由于我只是简单实现一下这个算法，所以数据都用int代替，下一个版本会改成模板形式的，更加通用。

要求：

只提供两个接口，一个获取数据getValue(key),一个写入数据putValue(key,value)
无论是获取还是写入数据，当前这个数据要保持在最容易访问的位置
缓存数量有限，最长时间没被访问的数据应该置换出缓存

算法：

为了满足上面几个条件，实际上可以用一个双向链表来实现，每次访问完数据（不管是获取还是写入），调整双向链表的顺序，把刚刚访问的数据调整到链表的最前方，以后再访问的时候速度将最快。

为了方便，提供一个头和一个尾节点，不存具体的数，链表的基本形式如下面的这个简单表述

Head <===> Node1 <===> Node2 <===> Node3 <===> Near

OK，就这么些，比较简单，实现起来也不难，用c++封装一个LRUCache类，类提供两个方法，分别是获取和更新，初始化类的时候传入Cache的节点数。

先定义一个存数据的节点数据结构

typedef struct _Node_{int key; //键
int value; //数据struct _Node_ *next; //下一个节点
struct _Node_ *pre; //上一个节点}CacheNode;

类定义：

class LRUCache{public:LRUCache(int cache_size=10); //构造函数，默认cache大小为10
~LRUCache(); //析构函数int getValue(int key); //获取值
bool putValue(int key,int value); //写入或更新值
void displayNodes(); //辅助函数，显示所有节点private:int cache_size_; //cache长度
int cache_real_size_; //目前使用的长度
CacheNode *p_cache_list_head; //头节点指针
CacheNode *p_cache_list_near; //尾节点指针void detachNode(CacheNode *node); //分离节点
void addToFront(CacheNode *node); //将节点插入到第一个};

类实现：

LRUCache::LRUCache(int cache_size)
{
cache_size_=cache_size;
cache_real_size_=0;
p_cache_list_head=new CacheNode();
p_cache_list_near=new CacheNode();
p_cache_list_head->next=p_cache_list_near;
p_cache_list_head->pre=NULL;
p_cache_list_near->pre=p_cache_list_head;
p_cache_list_near->next=NULL;}LRUCache::~LRUCache()
{
CacheNode *p;
p=p_cache_list_head->next;
while(p!=NULL)
{
delete p->pre;
p=p->next;
}delete p_cache_list_near;}void LRUCache::detachNode(CacheNode *node)
{
node->pre->next=node->next;
node->next->pre=node->pre;
}void LRUCache::addToFront(CacheNode *node)
{
node->next=p_cache_list_head->next;
p_cache_list_head->next->pre=node;
p_cache_list_head->next=node;
node->pre=p_cache_list_head;
}int LRUCache::getValue(int key)
{
CacheNode *p=p_cache_list_head->next;
while(p->next!=NULL)
{if(p->key == key) //catch node
{detachNode(p);
addToFront(p);
return p->value;
}
p=p->next;
}
return -1;
}bool LRUCache::putValue(int key,int value)
{
CacheNode *p=p_cache_list_head->next;
while(p->next!=NULL)
{if(p->key == key) //catch node
{
p->value=value;
getValue(key);
return true;
}
p=p->next;
}if(cache_real_size_ >= cache_size_)
{
cout << "free" <<endl;
p=p_cache_list_near->pre->pre;
delete p->next;
p->next=p_cache_list_near;
p_cache_list_near->pre=p;
}p=new CacheNode();//(CacheNode *)malloc(sizeof(CacheNode));if(p==NULL)
return false;addToFront(p);
p->key=key;
p->value=value;cache_real_size_++;return true;
}void LRUCache::displayNodes()
{
CacheNode *p=p_cache_list_head->next;while(p->next!=NULL)
{
cout << " Key : " << p->key << " Value : " << p->value << endl;
p=p->next;}
cout << endl;}