随着计算机应用的不断发展，对计算机内存的要求也越来越高。因此，在计算机内存管理中，页面置换算法成为了一个不可或缺的基础。

页面置换算法是指在多道程序中，由于内存空间有限，当系统把一个进程所需要的全部页面装入内存后，新来的进程需要分配新的物理页框时，系统就需要把一个内存中已有的页面换出到外存中，以便新来的进程占用这个空闲的物理页框。常见的页面置换算法有先进先出算法（FIFO）、最近最少使用算法（LRU）和最少使用算法（LFU）等。

在此，我们介绍C++实现LFU页面置换算法和计算缺页率的代码。

1. LFU页面置换算法的实现

LFU算法的核心思想是，在内存中选取使用次数最少的页面进行置换。需要记录每个页面的使用次数，并在页面置换时选择使用次数最少的页面进行替换。下面是C++实现LFU页面置换算法的代码：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
struct MemoryTable{
  int pageID;
  int frequency;
  MemoryTable(int id, int freq):pageID(id), frequency(freq){};
};
class AlgorithmLFU{
public:
  map<int, MemoryTable> tableList;
  int size;
  AlgorithmLFU():size(0){};
  void set(int id);
  int getLeastPage();
};
void AlgorithmLFU::set(int id){
  if(tableList.find(id) != tableList.end()){
    (tableList[id].frequency)++;
  }
  else{
    if(size == 3){
      int pageID = getLeastPage();
      tableList.erase(pageID);
    }
    tableList[id] = MemoryTable(id, 0);
    size++;
  }
}
int AlgorithmLFU::getLeastPage(){
  map<int, MemoryTable>::iterator it, least_it;
  least_it = tableList.begin();
  for(it=tableList.begin(); it!=tableList.end(); it++){
    if(it->second.frequency < least_it->second.frequency)
      least_it = it;
    
  }
  return least_it->first;
}
int main(){
  AlgorithmLFU cache;
  cache.set(1);
  cache.set(2);
  cache.set(1);
  cache.set(3);
  cache.set(2);
  for(map<int, MemoryTable>::iterator it=cache.tableList.begin(); it!=cache.tableList.end(); it++)
    cout<<"Page "<<it->second.pageID<<" has frequency "<<it->second.frequency<<endl;
  
  return 0;
}

2. 计算缺页率的代码

在计算缺页率时，我们需要计算出程序运行过程中发生缺页的次数，然后将其除以总的页面访问次数即可得到缺页率。

下面是C++计算缺页率的代码：

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
  int i, j, n, m, count, page[50], frame[10];
  int faults=0;
  bool isAlreadyThere;
  cout<<"Enter the number of pages: ";
  cin>>n;
  cout<<"Enter page reference string: ";
  for(i=0; i<n; i++){
    cin>>page[i];
  }
  cout<<"Enter the number of frames: ";
  cin>>m;
  for(i=0; i<m; i++){
    frame[i] = -1;
  }
  j=0;
  cout<<"\nRef String\tPage Frames\n";
  for(i=0; i<n; i++){
    cout<<page[i]<<"\t\t";
    isAlreadyThere = false;
    for(int k=0; k<m; k++){
      if(frame[k] == page[i])
        isAlreadyThere = true;
        break;
      
    }
    if(!isAlreadyThere){
      frame[j] = page[i];
      j = (j+1) % m;
      faults++;
      for(int k=0; k<m; k++){
       if(frame[k] == -1)
       cout<<"-"<<" ";
      
      else{
        cout<<frame[k]<<" ";
      }
    }
    cout<<"\n";
    }
    else{
      for(int k=0; k<m; k++){
      if(frame[k] == -1)
        cout<<"-"<<" ";
      
      else{
        cout<<frame[k]<<" ";
      }
    }
    cout<<"\n";
    }
  }
  float fault_rate = (float)faults/n;
  cout<<"\nNumber of page faults: "<<faults<<endl;
  cout<<"Page Fault Rate: "<<fault_rate<<endl;
  return 0;
}

以上就是C++实现LFU页面置换算法和计算缺页率的代码，希望对大家有所帮助。

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