本文主要是介绍如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
《如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法》文章介绍了Go语言中container/list包实现的双向链表,并探讨了如何使用链表实现LRU缓存,LRU缓存通过维护一个双向...
在 Go 语言中,container/list
包提供了一个双向链表的实现。链表是一种常见的数据结构,适用于频繁插入和删除操作的场景。container/list
包中的链表是双向的,意味着每个元素都包含指向前一个和后一个元素的指针。
力扣:146. LRU 缓存
力扣算法链接:https://leetcode.cn/problems/lru-cache/?envType=study-plan-v2&envId=top-100-liked
请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache 类:
LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存。
int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1 。
void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
输入
[“LRUCache”, “put”, “put”, “get”, “put”, “get”, “put”, “get”, “get&rdChina编程quo;, “get”]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]
解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1); // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废,缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废,缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3); // 返回 3
lRUCache.get(4); // 返回 4
代码案例:
type Node struct { key int value int } type LRUCache struct { capacity int list *list.List mp map[int]*list.Element // 注意1:value是list.Element } func Constructor(capacity int) LRUCache { return LRUCache{ capacity: capacity, list: list.New(), mp: make(map[int]*list.Element), } } func (this *LRUCache) Get(key int) int { if v, ok := this.mp[key]; ok { this.list.MoveToFront(v) return v.Value.(*Node).value // 注意2:list.Element里面有一个Value any字段,所以需要断言 } return -1 } func (this *LRUCache) Put(key int, value int) { if v, ok := this.mp[key]; ok { v.Value.(*Node).value = value this.list.MoveToFront(v) // 注意3:需要移动,LRU return } node := &Node{key, value} a := this.list.PushFront(nodejavascript) this.mp[key] = a // 注意4:一定把插入链表的kv,也加入到哈希表 if this.list.Len() > this.capacity { // 注意5:判断是否越界 tmp := this.list.Back() delete(this.mp, tmp.Value.(*Node).key) // 注意6:删除已经淘汰的数据的key this.list.Remove(tmp) } }
主要结构 List 和 Element
List: 表示一个双向链表。
type List struct { root Element // sentinel list element, only &root, root.prev, and root.next are used len int // current list length excluding (this) sentinel element }
Element: 表示链表中的一个元素。
type Element struct { next, prev *Element list *List Value any }
常用方法
1. 初始化链表
使用 list.New()
创建一个新的链表。
func main() { l := list.New() fmt.Printf("%+v\n",l) }
2. 插入元素
- PushBack(value interface{}) *Element: 在链表尾部插入一个元素。
- PushFront(value interface{}) *Element: 在链表头部插入一个元素。
- InsertBefore(value interface{}, mark *Element) *Element: 在指定元素前插入一个元素。
- InsertAfter(value interface{}, mark *Element) *Element: 在指定元素后插入一个元素。
func main() { l := list.New() l.PushBack(123) l.PushBack("nihao") l.PushFront("你好") l.PushFront(3.1415926) // 遍历 for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() { fmt.Printf("%+v\n", e) } }
通过运行结果可以发现,list其实就是一个环形的双向链表。
3. 删除元素
Remove(e *Element) interface{}: 删除链表中的指定元素。
func main() { l := list.New() l.PushBack("nihao") a:=l.Remove(l.Back()) fmt.Println(a) }
4. 遍历链表
- Front() *Element: 返回链表的第一个元素。
- Back() *Element: 返回链表的最后一个元素。
- Next() *Element: 返回当前元素的下一个元素。
- Prev() *Element: 返回当前元素的前一个元素。
func main() { l := list.New() l.PushBack(1) l.PushBack(2) l.PushBack(3) // 从前往后遍历 for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() { fmt.Println(e.Value) } // 从后往前遍历 for e := l.Back(); e != nil; e = e.Prev() { fmt.Println(e.Value) } }
5. 获取链表长度
Len() int: 返回链表中元素的个数。
func main() { l := list.New() l.PushBack(1) l.PushBack(2) l.PushBack(3) fmt.Println(l.Len()) // 输出: 3 }
使用场景
- 频繁插入和删除: 链表在插入和删除操作上比数组更高效,尤其是在中间位置。
- 实现队列和栈: 链表可以用来实现队列(FIFO)和栈(LIFO)等数据结构。
- 动态数据存储: 当数据量不确定或需要动态调整时,链表是一个很好的选择。
注意事项
- 内存开销: 链表的每个元素都需要额外的内存来存储前后指针,因此内存开销比数组大。
- 随机访问性能差: 链表不支持随机访问,访问某个元素需要从头或尾开始遍历。
源代码阅读
// Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved. // Use of this source code is governed by a BSD-style // license that can be found in the LICENSE file. // Package list implements a doubly linked list. // // To iterate over a list (where l is a *List): // // for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() { // // do something with e.Value // } package list // Element is an element of a linked list. type Element struct { //双链表元素中的下一个和上一个指针。 //为了简化实现,在内部实现了列表l //作为一个环,这样&l.root既是最后一个元素的下一个元素 //list元素(l.Back())和第一个列表的前一个元素 //元素(l.Front())。 next, prev *Element // The lishttp://www.chinasem.cnt to which this element belongs. list *List // The value stored with this element. Value any } // Next returns the next list element or nil. func (e *Element) Next() *Element { if p := e.next; e.list != nil && p != &e.list.root { return p } return nil } // Prev returns the previous list element or nil. func (e *Element) Prev() *Element { if p := e.prev; e.list != nil && p != &e.list.root { return p } return nil } // List represents a doubly linked list. // The zero value for List is an empty list ready to use. type List struct { root Element // sentinel list element, only &root, root.prev, and root.next are used len int // current list length excluding (this) sentinel element } // Init initializes or clears list l. func (l *List) Init() *List { l.root.next = &l.root l.root.prev = &l.root l.len = 0 return l } // New returns an initialized list. func New() *List { return new(List).Init() } // Len returns the number of elements of list l. // The complexity is O(1). func (l *List) Len() int { return l.len } // Front returns the first element of list l or nil if the list is empty. func (l *List) Front() *Element { if l.len == 0 { return nil } return l.root.next } // Back returns the last element of list l or nil if the list is empty. func (l *List) Back() *Element { if l.len == 0 { return nil } return l.root.prev } // lazyInit lazily initializes a zero List value. func (l *List) lazyInit() { if l.root.next == nil { l.Init() } } // insert inserts e after at, increments l.len, and returns e. func (l *List) insert(e, at *Element) *Element { e.prev = at e.next = ajavascriptt.next e.prev.next = e e.next.prev = e e.list = l l.len++ return e } // insertValue is a convenience wrapper for insert(&Element{Value: v}, at). func (l *List) insertValue(v any, at *Element) *Element { return l.insert(&Element{Value: v}, at) } // remove removes e from its list, decrements l.len func (l *List) remove(e *Element) { e.prev.next = e.next e.next.prev = e.prev e.next = nil // avoid memory leaks e.prev = nil // avoid memory leaks e.list = nil l.len-- } // move moves e to next to at. func (l *List) move(e, at *Element) { if e == at { return } e.prev.next = e.next e.next.prev = e.prev e.prev = at e.next = at.next e.prev.next = e e.next.prev = e } // Remove removes e from l if e is an element of list l. // It returns the element value e.Value. // The element must not be nil. func (l *List) Remove(e *Element) any { if e.list == l { // if e.list == l, l must have been initialized when e was inserted // in l or l == nil (e is a zero Element) and l.remove will crash l.remove(e) } return e.Value } // PushFront inserts a new element e with valuhttp://www.chinasem.cne v at the front of list l and returns e. func (l *List) PushFront(v any) *Element { l.lazyInit() return l.insertValue(v, &l.root) } // PushBack inserts a new element e with value v at the back of list l and returns e. func (l *List) PushBack(v any) *Element { l.lazyInit() return l.insertValue(v, l.root.prev) } // InsertBefore inserts a new element e with value v immediately before mark and returns e. // If mark is not an element of l, the list is not modified. // The mark must not be nil. func (l *List) InsertBefore(v any, mark *Element) *Element { if mark.list != l { return nil } // see comment in List.Remove about initialization of l return l.insertValue(v, mark.prev) } // InsertAfter inserts a new element e with value v immediately after mark and returns e. // If mark is not an element of l, the list is not modified. // The mark must not be nil. func (l *List) InsertAfter(v any, mark *Element) *Element { if mark.list != l { return nil } // see comment in List.Remove about initialization of l return l.insertValue(v, mark) } // MoveToFront moves element e to the front of list l. // If e is not an element of l, the list is not modified. // The element must not be nil. func (l *List) MoveToFront(e *Element) { if e.list != l || l.root.next == e { return } // see comment in List.Remove about initialization of l l.move(e, &l.root) } // MoveToBack moves element e to the back of list l. // If e is not an element of l, the list is not modified. // The element must not be nil. func (l *List) MoveToBack(e *Element) { if e.list != l || l.root.prev == e { return } // see comment in List.Remove about initialization of l l.move(e, l.root.prev) } // MoveBefore moves element e to its new position before mark. // If e or mark is not an element of l, or e == mark, the list is not modified. // The element and mark must not be nil. func (l *List) MoveBefore(e, mark *Element) { if e.list != l || e == mark || mark.list != l { return } l.move(e, mark.prev) } // MoveAfter moves element e to its new position after mark. // If e or mark is not an element of l, or e == mark, the list is not modified. // The element and mark must not be nil. func (l *List) MoveAfter(e, mark *Element) { if e.list != l || e == mark || mark.list != l { return } l.move(e, mark) } // PushBackList inserts a copy of another list at the back of list l. // The lists l and other may be the same. They must not be nil. func (l *List) PushBackList(other *List) { l.lazyInit() for i, e := other.Len(), other.Front(); i > 0; i, e = i-1, e.Next() { l.insertValue(e.Value, l.root.prev) } } // PushFrontList inserts a copy of another list at the front of list l. // The lists l and other may be the same. They must not be nil. func (l *List) PushFrontList(other *List) { l.lazyInit() for i, e := other.Len(), other.Back(); i > 0; i, e = i-1, e.Prev() { l.insertValue(e.Value, &l.root) } }
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