如何实现一个唯一 id 队列，其中元素可以在 C++ 中“碰撞”到顶部？答案

【问题标题】：How to implement a queue of unique ids where elements can be "bumped" to the top in C++?如何实现一个唯一 id 队列，其中元素可以在 C++ 中“碰撞”到顶部？
【发布时间】：2020-05-12 08:14:44
【问题描述】：

我正在实现一个元素缓存（由唯一 ID 表示），其中包含要保留的最大元素数。当我达到最大尺寸时删除最后使用的元素。所以它看起来像一个队列，但具有独特的元素，因为我不想多次添加相同的 id。

但是元素可以多次使用，再次使用时应该回到队列顶部，这样缓存才真正删除最后使用的元素。

我真的不知道该怎么做。我的第一个猜测是使用 std::list，因此手动管理元素的唯一性和“移至顶部”操作。
有没有更聪明的方法来实现这一点？

编辑：我不知道名字，但这或多或少是Least recently used algorithms。

【问题讨论】：

标签： c++ c++11 stl lru

【解决方案1】：

看起来这是一个简单的 LRU 缓存问题。这是一些有用的代码

class LRUCache { 
public:
LRUCache(const LRUCache& other) = delete;
LRUCache& operator=(LRUCache & other) = delete;       

LRUCache(int capacity) {   
    size = capacity;
}

int get(int key) {
    auto it = mp.find(key);
    if(it != mp.end())
    {
        int val = it->second.first;
        use(it);
        return val;
    }
    return -1;
}

void put(int key, int value) {
    auto it = mp.find(key);
    if(it != mp.end())
    {
        it->second.first = value;
        use(it);
        return;
    }

    if(mp.size() == size)
    {
        // evict
        mp.erase(lst.back());
        lst.pop_back();
    }
    // add new
    lst.push_front(key);
    mp[key] = {value,lst.begin()};  
}

private:
int size = 0;
unordered_map<int,pair<int,list<int>::iterator>> mp;
list<int> lst;

void use(unordered_map<int,pair<int,list<int>::iterator>>::iterator& it)
{
    lst.erase(it->second.second); // erase element from the list
    lst.push_front(it->first); // push key to front of the list
    it->second.second = lst.begin();
}
};

【讨论】：

听起来不错，谢谢。请注意，如果元素的副本很重，我们可以使用list::splice 来移动它而不是erase+push (stackoverflow.com/a/4912492/6165833)
splice 具有相同的复杂性。从给定指针的双向链表中擦除元素是 O(1)，插入到头部也是 O(1)。我们在这里处理的只是指针，所以没有构造/破坏

【解决方案2】：

也许您正在寻找带有自定义比较运算符的std::set？

我找到了一个多集here 的示例。 Multiset 允许重复，set 不允许，所以这更适合您的账单。

借鉴同样的想法，你可以有一个这样的结构 -

struct Elem
{
    std::string UID;
    std::chrono::time_point lastUsed;
}

如果您重复使用缓存中的项目，请更改 lastUsed 参数。

【讨论】：

听起来是一个聪明而简洁的解决方案。但这意味着整个数据结构必须在每次更改/插入时重新排序，对吧？
是的，在每次更改/插入/删除时都会重新排序，复杂度为 O(log n)。

【解决方案3】：

我们可以结合映射和双向链接来做到这一点。如果你的空间复杂度为 2 倍，那么使用映射，其中键是唯一 id，值是指向双向链表中节点的指针。双向链表将负责维护最后使用的 id。地图消除了重复的唯一 id。如果缓存大小达到限制，则找到双向链表中的第一个元素并从映射中删除该唯一 id 并删除列表的头元素。当使用唯一 id 时，然后在 map 中查找 id 的值并将节点移动到列表的开头。

【讨论】：