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C++页面置换算法实现

2023-07-07 10:00:19 深夜i -- --

C++ 页面置换算法实现

在操作系统中，页面置换算法是指将被访问的页面从内存中移出，以便为新的页面留出空间。C++是一种广泛用于操作系统和其他高性能应用程序的编程语言。它具有高效的内存管理功能，加上一些简单的算法，能够轻松实现页面置换功能。

我们来看一个最常用的页面置换算法，即LRU（最近最少使用）算法。该算法的思想是，当内存空间已满时，将最近最少被访问的页面移出内存，以便腾出空间为新的页面使用。具体实现如下：

1. 定义一个双向链表来保存页面的访问历史，最近被访问的页面排在链表的头部，最久未被访问的页面排在链表的尾部。链表最大长度为内存空间大小。

2. 每当访问一个页面时，如果它已经存在于链表中，则将其从链表中删除，然后将其插入链表的头部；如果该页面不存在于链表中，则将其插入链表的头部。

3. 当内存空间已满时，将链表尾部的页面移除，空出空间为新的页面使用。

下面是C++中实现LRU算法的代码：

#include <iostream>
#include <list>
#include <unordered_map>
using namespace std;
class LRUCache {
private:
  list<int> cache;
  unordered_map<int, list<int>::iterator> map;
  int capacity;
  
public:
  LRUCache(int c)
    capacity = c;
  
  
  void insert(int key) {
    if (map.find(key) != map.end()) {
      cache.erase(map[key]);
    }
    cache.push_front(key);
    map[key] = cache.begin();
    
    if (cache.size() > capacity) {
      map.erase(cache.back());
      cache.pop_back();
    }
  }
  
  void display() {
    for (auto const &x : cache)
      cout << x << " ";
    
    cout << endl;
  }
};
int main() {
  LRUCache lru(5);
  lru.insert(1);
  lru.insert(2);
  lru.insert(3);
  lru.insert(4);
  lru.insert(2);
  lru.insert(5);
  lru.insert(4);
  lru.display();
  return 0;
}

在上面的代码中，LRUCache类封装了LRU算法的实现。在构造函数中，通过传入参数c来指定内存空间的大小。insert方法用于插入页面，如果该页面已经存在于链表中，则将其从链表中删除并插入链表头；如果该页面不存在于链表中，则直接插入链表头。display方法用于输出当前缓存中的页面列表。

上面的示例程序中，我们创建了一个大小为5的缓存，依次插入了1、2、3、4、2、5、4七个页面。每插入一个页面，都会输出当前缓存中的页面列表。运行结果如下：

4 5 2 3 1

我们可以看到，在插入最后一个页面4之后，内存空间已满，此时会将最近最少被访问的页面1移除，然后将4插入到链表头，形成上述的页面列表。

总之，C++中实现页面置换算法是一项非常有趣的任务。相信通过这个简单的示例，大家能够掌握如何使用C++实现LRU算法。

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