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C++如何实现LRU缓存淘汰算法_C++使用map和list综合应用【面试】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-02-26 12:30:01

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来源于php中文网

原创

不能只用std::map或std::list单独实现lru缓存:map支持o(log n)查找但无法o(1)删除最久未用项,list支持o(1)头尾操作但查找为o(n);需组合二者——map存key到list迭代器的映射,list存键值对,利用list迭代器不失效特性实现o(1)定位与顺序维护。

c++如何实现lru缓存淘汰算法_c++使用map和list综合应用【面试】

为什么不能只用 std::map 或只用 std::list

单独用 std::map 可以 O(log n) 查找和插入,但无法 O(1) 删除最久未用项;单独用 std::list 虽然能 O(1) 移动节点到头部、O(1) 弹出尾部,但查找某个 key 对应的节点要 O(n)。面试官想看到的是对「时间局部性」和「数据结构组合优势」的理解——map 提供快速定位,list 提供顺序维护,二者缺一不可。

std::list 存什么?std::map 的 value 又该存什么?

常见错误是让 map 的 value 存 intstd::pair<int int></int>,这会导致删除时无法反向定位 list 中的迭代器。正确做法是:

  • std::liststd::pair<const key value></const>(比如 std::pair<int int></int>),保证节点内容完整
  • std::map<key std::list>::iterator></key> 的 value 必须是 list 的迭代器,这样才能在 O(1) 内擦除对应节点
  • 注意:std::list 迭代器不会因其他元素增删而失效,这是关键保障

get() 和 put() 操作中如何同步更新 list 顺序?

核心逻辑不是“移动节点”,而是“删旧插新”——因为 std::list 不支持原地修改迭代器指向的位置。每次访问或写入,都要:

  • 若 key 已存在:map 查到对应 list 迭代器 → 用 list.splice() 把该节点移到 list 开头(O(1))
  • 若 key 不存在(put):list.push_front() 新节点,再把新迭代器存入 map
  • 容量超限时:list.back() 取最久未用项 → 从 map 中 erase 其 key → list.pop_back()

别手写遍历删除;splice() 是唯一安全高效的移动方式。

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有哪些隐蔽的坑?

面试写出来跑不过,大概率栽在这几处:

  • std::list::iterator 不能直接解引用后取 .first,必须先确认迭代器有效(尤其 erase 后又用了旧迭代器)
  • put 时若 key 已存在,要先用 map.at(key)map[key] 获取旧迭代器,再 list.erase() 它,否则重复插入导致 size 失控
  • 不要用 auto it = list.begin() 后反复 ++,容易越界;统一用 list.front()/list.back() 配合 splice()
  • C++11 起 std::listsplice() 第一个参数是容器本身,别漏传:cache_list.splice(cache_list.begin(), cache_list, it)

最易被忽略的是:当 put 替换已有 key 时,必须先从 maperase 旧映射,再插入新迭代器,否则 map 里残留的旧迭代器会指向已被 erase 的节点——接下来任何解引用都是未定义行为。

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