LRU Cache的简单C++实现
作者:ygrx 发布时间:[ 2016/9/19 11:48:52 ] 推荐标签:.NET 测试开发技术
什么是 LRU
LRU Cache是一个Cache的置换算法,含义是“近少使用”,把满足“近少使用”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,基础的内存页置换中用了,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,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容易访问的位置
缓存数量有限,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前方,以后再访问的时候速度将快。
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,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();<span style="white-space:pre"> </span> //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;
}
说在后面的话
其实,程序还可以优化,首先,把数据int类型换成模板形式的通用类型,另外,数据查找的时候复杂度为O(n),可以换成hash表来存数据,链表只做置换处理,这样查找添加的时候速度将快很多。
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