LFU页面置换算法是操作系统中一种常见的页面置换算法，它的思想是选择使用频率最低的页面进行置换。本文将介绍如何使用C++实现LFU页面置换算法，并计算缺页率。

首先，我们需要定义一个页表类PageTable，它包含页号和使用频率两个成员变量。使用频率初始化为0。

class PageTable {
public:
  int page_num;
  int use_freq;
  PageTable()
    page_num = 0;
    use_freq = 0;
  
};

接下来，我们需要定义LFU页面置换算法的主体函数lfu_page_replace。在该函数中，我们首先需要读入一个访存序列，以及页表大小和物理内存大小。然后，我们需要定义一个vector来保存页表。

void lfu_page_replace(int mem_size, int page_size, vector<int> ref_seq) {
  int page_num = mem_size / page_size; // 页表大小
  int mem[page_num]; // 内存数组
  vector<PageTable> page_table; // 页表
  int miss_count = 0; // 缺页次数
  int current_size = 0; // 当前使用物理内存大小
  for(int i = 0; i < page_num; i++) {
    mem[i] = -1;
    PageTable pt;
    pt.page_num = i;
    pt.use_freq = 0;
    page_table.push_back(pt);
  }

接下来，我们需要遍历访存序列，处理每个内存访问请求。如果当前页已经在内存中，我们将该页的使用频率加1。否则，我们需要判断内存中是否还有空余位置，如果有，我们将当前页放入内存中，并将其使用频率加1。如果内存已满，我们需要选择使用频率最低的页面进行置换，并将该页面替换成当前页面。同时，我们将缺页次数加1。

  for(int i = 0; i < ref_seq.size(); i++) {
    bool miss = true;
    for(int j = 0; j < page_num; j++) {
      if(mem[j] == ref_seq[i]) {
        page_table[j].use_freq++;
        miss = false;
        break;
      }
    }
    if(miss) {
      if(current_size < page_num) {
        mem[current_size] = ref_seq[i];
        page_table[current_size].use_freq++;
        current_size++;
      }
      else {
        int min_freq = page_table[0].use_freq;
        int min_idx = 0;
        for(int j = 1; j < page_num; j++) {
          if(page_table[j].use_freq < min_freq) {
            min_freq = page_table[j].use_freq;
            min_idx = j;
          }
        }
        mem[min_idx] = ref_seq[i];
        page_table[min_idx].use_freq++;
        miss_count++;
      }
    }
  }

最后，我们需要输出缺页率。计算公式为缺页次数除以访存序列长度。

  double miss_rate = (double)miss_count / (double)ref_seq.size();
  cout << "LFU缺页率为：" << miss_rate << endl;
}

完整代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class PageTable {
public:
  int page_num;
  int use_freq;
  PageTable()
    page_num = 0;
    use_freq = 0;
  
};
void lfu_page_replace(int mem_size, int page_size, vector<int> ref_seq) {
  int page_num = mem_size / page_size; // 页表大小
  int mem[page_num]; // 内存数组
  vector<PageTable> page_table; // 页表
  int miss_count = 0; // 缺页次数
  int current_size = 0; // 当前使用物理内存大小
  for(int i = 0; i < page_num; i++) {
    mem[i] = -1;
    PageTable pt;
    pt.page_num = i;
    pt.use_freq = 0;
    page_table.push_back(pt);
  }
  for(int i = 0; i < ref_seq.size(); i++) {
    bool miss = true;
    for(int j = 0; j < page_num; j++) {
      if(mem[j] == ref_seq[i]) {
        page_table[j].use_freq++;
        miss = false;
        break;
      }
    }
    if(miss) {
      if(current_size < page_num) {
        mem[current_size] = ref_seq[i];
        page_table[current_size].use_freq++;
        current_size++;
      }
      else {
        int min_freq = page_table[0].use_freq;
        int min_idx = 0;
        for(int j = 1; j < page_num; j++) {
          if(page_table[j].use_freq < min_freq) {
            min_freq = page_table[j].use_freq;
            min_idx = j;
          }
        }
        mem[min_idx] = ref_seq[i];
        page_table[min_idx].use_freq++;
        miss_count++;
      }
    }
  }
  double miss_rate = (double)miss_count / (double)ref_seq.size();
  cout << "LFU缺页率为：" << miss_rate << endl;
}
int main() {
  int mem_size, page_size, ref_size;
  vector<int> ref_seq;
  cout << "请输入内存大小、页大小和访存序列长度：";
  cin >> mem_size >> page_size >> ref_size;
  cout << "请输入访存序列：";
  for(int i = 0; i < ref_size; i++) {
    int ref;
    cin >> ref;
    ref_seq.push_back(ref);
  }
  lfu_page_replace(mem_size, page_size, ref_seq);
  return 0;
}

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