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使用 Swift 实现 LRU 缓存淘汰策略

news 来源：原创 2025/9/6 17:09:05

📌 实现思路

一、核心目标

我们要实现一个缓存类：

支持通过 get(key) 获取缓存的值；
支持通过 put(key, value) 写入缓存；
缓存容量有限，当超过容量时要淘汰最久未使用的元素。

二、为什么用「哈希表 + 双向链表」

功能	使用的结构	原因
快速查找 key	哈希表 (`dict`)	O(1) 时间复杂度
快速移动元素到头部	双向链表	O(1) 移除 / 插入节点，无需整体移动元素
快速删除最旧元素	链表尾部淘汰	尾节点指针指向最久未使用项，删除也只需 O(1) 操作

🧾 完整代码 + 注释

// 声明一个通用的 LRU 缓存类，Key 必须是 Hashable 的，Value 任意类型
class LRUCache<Key: Hashable, Value> {// 内部节点类：用于双向链表的节点结构private class Node {let key: Keyvar value: Valuevar prev: Node?var next: Node?init(key: Key, value: Value) {self.key = keyself.value = value}}private let capacity: Int                        // 最大缓存容量private var dict: [Key: Node] = [:]              // 哈希表，用于快速访问节点private var head: Node?                          // 链表头（最近使用）private var tail: Node?                          // 链表尾（最久未使用）// 初始化函数init(capacity: Int) {self.capacity = capacity}// 读取缓存func get(_ key: Key) -> Value? {guard let node = dict[key] else {return nil // 如果找不到，返回 nil}moveToHead(node) // 将访问的节点移到头部，表示“最近被使用”return node.value}// 写入缓存func put(_ key: Key, value: Value) {if let node = dict[key] {// 已存在，更新值并移到头部node.value = valuemoveToHead(node)} else {// 新节点，插入到头部let newNode = Node(key: key, value: value)dict[key] = newNodeaddToHead(newNode)// 如果超过容量，移除尾部最久未使用的节点if dict.count > capacity {if let removed = removeTail() {dict.removeValue(forKey: removed.key)}}}}// 添加节点到链表头部private func addToHead(_ node: Node) {node.next = headnode.prev = nilhead?.prev = nodehead = nodeif tail == nil {tail = head}}// 从链表中移除某个节点private func removeNode(_ node: Node) {if let prev = node.prev {prev.next = node.next} else {head = node.next // node 是头部}if let next = node.next {next.prev = node.prev} else {tail = node.prev // node 是尾部}}// 将某个节点移到头部（表示最近使用）private func moveToHead(_ node: Node) {removeNode(node)addToHead(node)}// 移除尾部节点（最久未使用的）private func removeTail() -> Node? {guard let oldTail = tail else { return nil }removeNode(oldTail)return oldTail}
}

📈 使用示例（调试输出）

let cache = LRUCache<String, Int>(capacity: 2)
cache.put("a", value: 1)
cache.put("b", value: 2)
print(cache.get("a") ?? -1)  // 输出 1 （"a" 成为最近使用）
cache.put("c", value: 3)     // 淘汰 "b"，因为 "b" 是最久未使用的
print(cache.get("b") ?? -1)  // 输出 -1（已被淘汰）

🔍 运行原理图解

每次执行操作时，双向链表的结构如下所示（假设 head 在左，tail 在右）：

初始放入 a → head = a, tail = a
放入 b → a <-> b
访问 a：a 移到头部 → a <-> b
放入 c，超过容量，淘汰尾部 b → a <-> c

✅ 总结亮点

特性	实现方式
泛型支持	`<Key: Hashable, Value>` 泛型设计
O(1) 查找	使用 Dictionary
O(1) 插入删除	使用双向链表
高复用性	泛型设计支持任意 `Key/Value` 类型

使用 Swift 实现 LRU 缓存淘汰策略

📌 实现思路一、核心目标我们要实现一个缓存类： 支持通过 get(key) 获取缓存的值；支持通过 put(key, value) 写入缓存；缓存容量有限，当超过容量时要淘汰最久未使用的元素。二、为什么用「哈希表双向链表」功…...

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