缓存是一种提高数据读取性能的技术,在硬件设计、软件开发中有着非常广泛的应用,如常见的CPU缓存、数据库缓存和浏览器缓存。 缓存的大小有限,当缓存被填满时,哪些数据应该被清理?哪些数据应该被保留?这就需要缓存淘汰算法来决定。 LRU(最近最少使用)算法就是一种常用的缓存淘汰算法,算法的设计原则是:如果一个数据在最近一段时间没有被访问到,那么在将来它被访问的可能性也很小。也就是说,当限定的空间已存满数据时,应当把最久没有被访问到的数据淘汰。 我们可以用一个数据结构来维护缓存,访问新的数据时,若缓存未满,可以直接放入缓存,若缓存已满,删除最久未访问的数据后再放入新的数据。当再次访问缓存中已有的数据时,将该数据调整为最新访问。 即该数据结构可能需要做频繁的插入和删除操作,请完成以下问题: (1)为该数据结构设计一种存储结构,用C语言写出类型定义,每个成员加上注释,其中数据定义为int类型。 (2)使用(1)中定义的存储结构,实现LRU算法中的插入新数据操作(需要考虑缓存已满和未满两种情况),自行定义函数名和参数。
时间: 2024-03-25 12:40:54 浏览: 10
好的,我明白了。以下是我的回答:
(1)存储结构的类型定义如下:
```
#define MAX_CACHE_SIZE 100 // 缓存大小限制
typedef struct CacheNode {
int key; // 数据的键,用于查找和删除
int value; // 数据的值
struct CacheNode* prev; // 指向前一个节点的指针
struct CacheNode* next; // 指向后一个节点的指针
} CacheNode;
typedef struct LRUCache {
CacheNode* head; // 指向双向链表头节点的指针
CacheNode* tail; // 指向双向链表尾节点的指针
int size; // 缓存已存储数据的数量
int capacity; // 缓存的最大容量
} LRUCache;
```
(2)LRU算法中的插入新数据操作的函数定义如下:
```
void LRUCachePut(LRUCache* cache, int key, int value);
```
函数的实现如下:
```
void LRUCachePut(LRUCache* cache, int key, int value) {
CacheNode* node = (CacheNode*)malloc(sizeof(CacheNode)); // 创建新节点
node->key = key;
node->value = value;
node->prev = NULL;
node->next = NULL;
if (cache->size == 0) { // 缓存为空
cache->head = node;
cache->tail = node;
cache->size++;
} else {
CacheNode* p = cache->head;
while (p != NULL) { // 遍历链表,查找是否已有该键的数据
if (p->key == key) { // 已有该键的数据
p->value = value; // 更新数据的值
if (p == cache->head) { // 若该节点为头节点,则无需调整
return;
} else if (p == cache->tail) { // 若该节点为尾节点,则将其移动到头部
cache->tail = p->prev;
cache->tail->next = NULL;
p->prev = NULL;
p->next = cache->head;
cache->head->prev = p;
cache->head = p;
} else { // 该节点在链表中间,则将其移动到头部
p->prev->next = p->next;
p->next->prev = p->prev;
p->prev = NULL;
p->next = cache->head;
cache->head->prev = p;
cache->head = p;
}
return;
}
p = p->next;
}
if (cache->size < cache->capacity) { // 缓存未满,直接插入新节点到头部
node->next = cache->head;
cache->head->prev = node;
cache->head = node;
cache->size++;
} else { // 缓存已满,删除尾部的节点,再将新节点插入到头部
CacheNode* q = cache->tail;
cache->tail = q->prev;
cache->tail->next = NULL;
free(q);
node->next = cache->head;
cache->head->prev = node;
cache->head = node;
}
}
}
```
该函数的实现思路是:先遍历链表,查找是否已有该键的数据,若有,则更新数据的值,并将该节点移动到链表头部;若没有,则插入新节点到链表头部。若缓存已满,则删除链表尾部的节点。最后需要注意:插入新节点时,需要将其插入到链表头部;删除尾部节点时,需要释放其内存空间。