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C++怎么实现LRU缓存_C++最近最少使用算法【缓存】

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-21 10:17:30

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来源于php中文网

原创

必须用 std::list + std::unordered_map 组合,因其唯一能同时满足 o(1) 查找、o(1) 移动到头部、o(1) 淘汰尾部;std::list 支持双向遍历与迭代器稳定,std::unordered_map 提供 key 到迭代器的快速映射。

c++怎么实现lru缓存_c++最近最少使用算法【缓存】

为什么必须用 std::list + std::unordered_map 组合

因为只有这个组合能同时满足三个硬性要求:O(1) 查找、O(1) 移动到头部、O(1) 淘汰尾部。用 std::vectorstd::deque 都会破功——前者删中间元素是 O(n),后者迭代器在插入/删除后可能失效,导致 cache_map[key] 解引用野指针。

  • std::unordered_map 提供 key → list 迭代器的映射,get 时不用遍历就能定位节点
  • std::list 是双向链表,push_fronterase(iterator)begin()end() 全是常数时间
  • 不能用 std::forward_list:它不支持反向遍历,无法高效删尾(得从头遍历到倒数第二项)

put 时 key 已存在,只改 value 就完事?错

这是最常见逻辑漏洞:只更新 cache_map[key]->second,却没把对应节点从原位置移走再插到头部。结果是链表顺序错乱,cache_list.back() 不再代表“最久未用”,淘汰机制彻底失效。

  • 正确流程是:先用 cache_map.find(key) 判断存在 → 若存在,用 cache_map[key] 获取迭代器 → cache_list.erase(it) 删除旧位置 → cache_list.push_front({key, value}) 插入新节点 → cache_map[key] = cache_list.begin() 更新映射
  • 注意:push_front 返回的是新节点迭代器,必须立刻存进 map;如果 erase 后忘了这步,后续 get 会解引用已失效迭代器,触发未定义行为
  • 别省略 erase:即使 value 相同,访问顺序也要重置,LRU 的语义是“最近访问”,不是“最近写入”

std::pair<int int></int> 还是自定义 struct

初期验证逻辑用 std::pair 没问题,但上线前务必换成命名清晰的结构体。这不是风格问题,是维护成本问题。

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  • std::pair 写起来快:it->firstit->second 容易看混,尤其当缓存要扩展字段(比如加 timestampref_count)时,代码迅速不可读
  • 结构体零开销:struct CacheNode { int key; int val; };std::pair 在内存布局、移动性能上完全一致,都是 trivial 类型
  • 别为“未来可能加字段”提前设计复杂类——先跑通核心逻辑,再按需重构;但一旦进入生产环境,it->first 就是埋雷点

容量满时删尾节点,cache_list.back() 能直接用吗?

不能直接用。因为 std::list::back() 返回的是值引用,不是迭代器;而你要删的是节点本身,且删完还要从 unordered_map 中清除对应 key,必须拿到该节点的迭代器。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 正确做法是:用 auto tail_it = std::prev(cache_list.end()) 获取尾节点迭代器(end() 是 past-the-end,前一个是真实尾)
  • 然后 int key_to_erase = tail_it->key; 提取 key → cache_list.erase(tail_it);cache_map.erase(key_to_erase);
  • 别写 cache_list.pop_back():它删值但不告诉你删的是哪个 key,map 里残留脏数据,下次 put 同 key 会覆盖 map 但链表里还留着旧节点

真正难的不是写对那几行代码,而是时刻记住:map 存的是迭代器,不是值;list 迭代器一删就废,不能缓存、不能复用、不能跨操作保留;所有操作必须 map 和 list 严格同步——差一行,缓存就“失忆”。

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