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    如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法

    发布者: 姬7089 | 发布时间: 2025-8-14 09:46| 查看数: 79| 评论数: 0|帖子模式

    在 Go 语言中,
    1. container/list
    复制代码
    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。
    1. container/list
    复制代码
    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
    1. [“LRUCache”, “put”, “put”, “get”, “put”, “get”, “put”, “get”, “get”, “get”][[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
    复制代码
    输出
    1. [null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]
    复制代码
    解释
    1. 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 1lRUCache.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 3lRUCache.get(4); // 返回 4
    复制代码
    代码案例:
    1. type Node struct {
    2.         key   int
    3.         value int
    4. }
    5. type LRUCache struct {
    6.         capacity int
    7.         list     *list.List
    8.         mp       map[int]*list.Element // 注意1:value是list.Element
    9. }
    10. func Constructor(capacity int) LRUCache {
    11.         return LRUCache{
    12.                 capacity: capacity,
    13.                 list:     list.New(),
    14.                 mp:       make(map[int]*list.Element),
    15.         }
    16. }
    17. func (this *LRUCache) Get(key int) int {
    18.         if v, ok := this.mp[key]; ok {
    19.                 this.list.MoveToFront(v)
    20.                 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
    21.         }
    22.         return -1
    23. }
    24. func (this *LRUCache) Put(key int, value int) {
    25.         if v, ok := this.mp[key]; ok {
    26.                 v.Value.(*Node).value = value
    27.                 this.list.MoveToFront(v) // 注意3:需要移动,LRU
    28.         return
    29.         }
    30.         node := &Node{key, value}
    31.         a := this.list.PushFront(node)
    32.         this.mp[key] = a // 注意4:一定把插入链表的kv,也加入到哈希表
    33.         if this.list.Len() > this.capacity { // 注意5:判断是否越界
    34.                 tmp := this.list.Back()
    35.                 delete(this.mp, tmp.Value.(*Node).key) // 注意6:删除已经淘汰的数据的key
    36.                 this.list.Remove(tmp)
    37.         }
    38. }
    复制代码
    主要结构 List 和 Element

    List: 表示一个双向链表。
    1. type List struct {
    2.         root Element // sentinel list element, only &root, root.prev, and root.next are used
    3.         len  int     // current list length excluding (this) sentinel element
    4. }
    复制代码
    Element: 表示链表中的一个元素。
    1. type Element struct {
    2.         next, prev *Element
    3.         list *List
    4.         Value any
    5. }
    复制代码
    常用方法


    1. 初始化链表

    使用
    1. list.New()
    复制代码
    创建一个新的链表。
    1. func main() {
    2.         l := list.New()
    3.         fmt.Printf("%+v\n",l)
    4. }
    复制代码


    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。
    1. func main() {
    2.         l := list.New()
    3.         l.PushBack(123)
    4.         l.PushBack("nihao")
    5.         l.PushFront("你好")
    6.         l.PushFront(3.1415926)
    7.         // 遍历
    8.         for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() {
    9.                 fmt.Printf("%+v\n", e)
    10.         }
    11. }
    复制代码
    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。
    1. func main() {
    2.         l := list.New()
    3.         l.PushBack("nihao")
    4.         a:=l.Remove(l.Back())
    5.         fmt.Println(a)
    6. }
    复制代码


    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。
    1. func main() {
    2.     l := list.New()
    3.     l.PushBack(1)
    4.     l.PushBack(2)
    5.     l.PushBack(3)
    6.     // 从前往后遍历
    7.     for e := l.Front(); e != nil; e = e.Next() {
    8.         fmt.Println(e.Value)
    9.     }
    10.     // 从后往前遍历
    11.     for e := l.Back(); e != nil; e = e.Prev() {
    12.         fmt.Println(e.Value)
    13.     }
    14. }
    复制代码
    5. 获取链表长度

    Len() int: 返回链表中元素的个数。
    1. func main() {
    2.     l := list.New()
    3.     l.PushBack(1)
    4.     l.PushBack(2)
    5.     l.PushBack(3)
    6.     fmt.Println(l.Len()) // 输出: 3
    7. }
    复制代码
    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
    1. // 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 list 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 {
    2.         root Element // sentinel list element, only &root, root.prev, and root.next are used
    3.         len  int     // current list length excluding (this) sentinel element
    4. }// 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 = at.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.lenfunc (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 value 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)        }}
    复制代码
    到此这篇关于如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法的文章就介绍到这了,更多相关go LRU缓存算法内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

    来源:互联网
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