LRU页面置换算法C++代码

最新推荐文章于 2025-10-25 19:41:22 发布
原创 最新推荐文章于 2025-10-25 19:41:22 发布 · 3k 阅读 · 6 ·
CC 4.0 BY-SA版权
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

本文介绍了LRU页面置换算法的基本思想和C++实现，包括使用list和map进行数据管理。同时，讨论了如何通过将map替换为hash_map来优化查找效率，将时间复杂度从O(logn)降低到O(1)。

LRU页面置换算法C++代码

常见的缓存算法：

  • LRU：(least recently used) 最近最少使用，思想是如果一个数据刚被访问过，那么将来被访问的几率也更高
  • LFU：(least frequently used) 最少经常使用，思想是如果一个数据很久不被访问，那么将来被访问的几率也不大
  • FIFO：(first in first out) 先进先出，思想是如果一个数据最先进入缓存，则应该最早淘汰掉

我们这里主要看一看LRU缓存的规则：

  • 新数据插入到链接头部
  • 每当数据被访问，则将数据移到链表头部
  • 当链表满的时候，则将链表尾部的数据删除，在将新数据插入链表头部

 

LRU：cache应该具备的两个操作：

  1. get（key）：如果key在hashmap中存在，则直接查找其在list链表中的位置，然后将其移动到链表头部再更新其hashmap的映射
  2. set（key，value）：如果key在hashmap中不存在，并且页面还满了，则删除尾部节点，再插入，如果存在于hashmap中，则将其从list链表中移动到链表头部，再更新其hashmap的映射

我们现在自己手动实现一下：

我们这里LRU使用的是list + map来实现，采用list的原因是可以快速移动数据，而map用来保存节点的key，value的值，便于能快速根据key值找点其在list中对应的位置，所以value值保存的是list的迭代器类型

list + map的代码如下：

//查找时间复杂度 是map 红黑树 logn
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <map>
#include <hash_map>
using namespace std;

struct MyLRUnode
{
	int key;//形成key_value结构，通过这个唯一的键 直接可以找到这个值
	int value;
	MyLRUnode(int a, int b):key(a), value(b){}
};

class LRUCache
{
public:
	LRUCache(int size)
	{
		Lru_capacity = size;
	}
	int get(int key) //访问键为key的页面 找到 则将其重新插入到链表头
	{
		if(mymap.find(key) != mymap.end())//如果找到了
		{
			mylist.splice(mylist.begin(), mylist, mymap[key]);//则将mylist链表上找到的的iterator位置的元素重新链接到mylist.begin()位置上
			mymap[key] = mylist.begin();//然后将map映射表中 键为key的页面映射位置重置一下
			return mymap[key]->value;//最后返回将key对应的value返回
		}
		else//没找到 则返回-1
		{
			return -1;
		}
	}

	void put(int key, int value)//访问key value页面是否存在，若存在则提前“并更新value值”，不存在则创建之后再提前
	{
		if(mymap.find(key) == mymap.end())//key值不在页中
		{
			if(mylist.size() == Lru_capacity)//不在页中并且页还满了
			{
				mymap.erase(mylist.back().key);//将list尾部节点对应的key和其页映射关系删除
				mylist.pop_back();//将list尾部节点删除
			}
			MyLRUnode pnewnode(key, value);//创建新页
			mylist.push_front(pnewnode);//插入页链表中
			mymap[key] = mylist.begin();//key对应页面关系存入map
		}
		else//key值在页中
		{
			mymap[key]->value = value;//更新key对应的value值
			mylist.splice(mylist.begin(), mylist, mymap[key]);//将mylist链表上找到的的iterator位置的元素重新链接到mylist.begin()位置上
			mymap[key] = mylist.begin();//然后将map映射表中 键为key的页面映射位置重置一下
		}
	}

	void show_list()
	{
		list<MyLRUnode>::iterator it = mylist.begin();
		for(;it != mylist.end();)
		{
			cout << it->key << ":" << it->value <<endl;
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
	void show_map()
	{
		map<int, list<MyLRUnode>::iterator>::iterator it = mymap.begin();
		while(it != mymap.end())
		{
			cout << it->first << ":" << (it->second)->value << endl;
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
private:
	int Lru_capacity;
	list<MyLRUnode> mylist;
	map<int, list<MyLRUnode>::iterator> mymap;//用来通过key键值 直接找到对应的双向链表节点
	//hash_map<int, list<MyLRUnode>::iterator> myhash_map;
};

int main()
{
	LRUCache lru(3);
	lru.put(1,100);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(2,200);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(3,300);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.get(2);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(4,400);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	return 0;
}

 

如果现在我们需要对其进行改进，map查找的时间复杂度还是有点大，是O(logn)，我们怎么对其进行修改，修改为时间复杂度为O(1)呢？

说到O(1)，我们第一时间想到的是哈希，所以我们可以使用hash_map将map替换掉即可，底层的hash_map会根据传入的key值，通过hash函数建立哈希表，以达到查找时间为O(1)

 

list + hash_map的代码如下：

//查找时间复杂度 是hash_map 映射表 查找时间复杂度 O(1)
#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <map>
#include <hash_map>
using namespace std;

struct MyLRUnode
{
	int key;//形成key_value结构，通过这个唯一的键 直接可以找到这个值
	int value;
	MyLRUnode(int a, int b):key(a), value(b){}
};

class LRUCache
{
public:
	LRUCache(int size)
	{
		Lru_capacity = size;
	}
	int get(int key) //访问键为key的页面 找到 则将其重新插入到链表头
	{
		if(myhash_map.find(key) != myhash_map.end())//如果找到了
		{
			mylist.splice(mylist.begin(), mylist, myhash_map[key]);//则将mylist链表上找到的的iterator位置的元素重新链接到mylist.begin()位置上
			myhash_map[key] = mylist.begin();//然后将map映射表中 键为key的页面映射位置重置一下
			return myhash_map[key]->value;//最后返回将key对应的value返回
		}
		else//没找到 则返回-1
		{
			return -1;
		}
	}

	void put(int key, int value)//访问key value页面是否存在，若存在则提前“并更新value值”，不存在则创建之后再提前
	{
		if(myhash_map.find(key) == myhash_map.end())//key值不在页中
		{
			if(mylist.size() == Lru_capacity)//不在页中并且页还满了
			{
				myhash_map.erase(mylist.back().key);//将list尾部节点对应的key和其页映射关系删除
				mylist.pop_back();//将list尾部节点删除
			}
			MyLRUnode pnewnode(key, value);//创建新页
			mylist.push_front(pnewnode);//插入页链表中
			myhash_map[key] = mylist.begin();//key对应页面关系存入map
		}
		else//key值在页中
		{
			myhash_map[key]->value = value;//更新key对应的value值
			mylist.splice(mylist.begin(), mylist, myhash_map[key]);//将mylist链表上找到的的iterator位置的元素重新链接到mylist.begin()位置上
			myhash_map[key] = mylist.begin();//然后将map映射表中 键为key的页面映射位置重置一下
		}
	}

	void show_list()
	{
		list<MyLRUnode>::iterator it = mylist.begin();
		for(;it != mylist.end();)
		{
			cout << it->key << ":" << it->value <<endl;
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
	void show_map()
	{
		hash_map<int, list<MyLRUnode>::iterator>::iterator it = myhash_map.begin();
		while(it != myhash_map.end())
		{
			cout << it->first << ":" << (it->second)->value << endl;
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
private:
	int Lru_capacity;
	list<MyLRUnode> mylist;
	//map<int, list<MyLRUnode>::iterator> mymap;//用来通过key键值 直接找到对应的双向链表节点
	hash_map<int, list<MyLRUnode>::iterator> myhash_map;
};

int main()
{
	LRUCache lru(3);
	lru.put(1,100);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(2,200);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(3,300);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.get(2);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	lru.put(4,400);
	lru.show_list();
	lru.show_map();
	return 0;
}

 

操作系统页面置换算法详解（附测试代码）
HarryUpp的博客
06-28 2287
操作系统页面置换算法模拟程序。
LRU页面置换算法的实现（c++版）
hero_ache的博客
12-08 1420
#include<bits/stdc++.h> using namespace std; class LinkStack{ private: struct Node{ int elem; struct Node* next; struct Node* prev; }; struct Node* head; struct Node* tail; public: LinkStack(){ head
页面置换算法（OPT、FIFO、LRU）实现--C++版本
09-15
该工程具体是在codeblock上面实现了操作系统课程上讲解的页面置换算法，包括先进先出（FIFO）、最佳置换算法（OPT）、最久最近未使用算法（LRU）。 具体实现功能有： 1、建立相应的数据结构 2、在屏幕上显示页面的状况 3、时间的流逝可用下面几种方法模拟：按键盘，每按一次可认为过一个时间单位; 4、将一批页的置换情况存入磁盘文件，以后可以读出并重放; 5、计算页面的缺页次数、缺页后的页面置换次数 6、支持算法：FIFO、LRU、最佳置换算法。
用C++实现LRU页面置换算法
06-03
使用LRU算法实现页面置换算法。LRU算法基于一种假设，长期不使用的数据，在未来的使用性也不大。因此，当数据占用内存达到一定的阙值时，我们要移除最近最少使用的数据。LRU算法中，使用了一种有趣的数据结构，叫做哈希链表。 我们都知道，哈希表是由若干个Key-Value所组成，在逻辑上，这些Key-Value是无所谓排列顺序的。 在哈希链表中，这些Key-Value不再是彼此无关的存在，而是被一个链条串联起来，每一个key-Value都有它的前驱和后继Key-value，就像双向链表中的节点一样。这样一来，无序的哈希表拥有了固定的排列顺序。
计算机操作系统：页面置换算法
最新发布
梁辰兴的博客
10-25 835
页面置换算法是虚拟内存的“空间调度师”，其核心结论可归纳为：🔄核心目标：通过选择“最不急需”的页面换出，最小化缺页率，平衡内存利用率与系统响应速度；📚经典算法：OPT是理论最优但不可实现，LRU性能优秀但开销高，Clock是工程首选（平衡性能与复杂度），FIFO仅适合简单场景；💡选择依据：需权衡缺页率、实现成本和硬件条件，现代系统多采用“算法变种+动态策略”（如Linux的活跃-非活跃链表）；🚀工程优化：结合工作集、优先级、大页面等技术，预防抖动，适配不同硬件（SSD/HDD）和应用场景。
LRU 页面置换算法 最近最久未使用 源代码 c/c++
01-08
完整的算法源代码 随即输入任意数 算出缺页次数和缺页率
c++实现lru lfu页面置换算法_C++ 一步一步写LRU
weixin_35078410的博客
11-28 765
什么是LRULRU(Least recently used)，它其实是一个Queue，当其中某个元素被使用时，就把该元素从从队列中重新拿回到队首，如此进行下去，最不经常被访问的元素，就很容易被剔除队列。以此，LRU中保存的始终都是最常被访问的元素了，淘汰的都是不常访问的元素。LRU的兄弟还有LFU (Least frequently used)，原理和LRU恰好相反。什么场景使用LRULRU是最常...
FIFO、OPT、LRU页面置换算法实验代码和截图
12-24
FIFO、OPT、LRU页面置换算法实验代码和截图 在操作系统中，页面置换算法是指操作系统在内存不足时，如何将某些页面从内存中移除，以腾出空间供其他页面使用的算法。常见的页面置换算法有FIFO、OPT、LRU等。 FIFO...
【计算机科学】LRU页面置换算法详解：缓存机制与应用场景分析及C++实现代码示例
05-19
内容概要：LRU（Least Recently Used，最近最少使用）是一种常用的页面置换算法，其核心思想是在需要置换页面时，选择最长时间未被使用的页面进行置换，基于程序的局部性原理，即最近使用过的页面在未来不久被再次...
操作系统 课程设计 页面置换算法FIFO和 LRU
08-14
**LRU页面置换算法**： LRU算法则是根据页面的使用历史来决定淘汰哪个页面。它的核心思想是，最近被使用的页面在未来最有可能继续被使用，因此应该尽可能保留在内存中。当需要替换页面时，LRU会选择最近最久未使用的...
页面置换算法LRU
zzj806683450的专栏
12-19 3071
#include #include using namespace std; typedef struct page{ int num;//page number int time;//the time which page stay }Page; int queue[100];/*record the absolete page*/ int K; /*init the ra
页面置换算法LRU（模拟页面管理）
11-01
页面置换算法LRU（模拟页面管理）  用高级语言编写一个页面置换算法LRU的模拟程序。  设置恰当的数据结构，有效存储数据。   动态输入存储区块数、作业调度序列。  输出分配结果、置换过程以及其它相关的信息。  界面友好，提示清晰。  容错性好。
LRU页面置换算法实现
05-09
LRU页面置换算法实现 一请求分页存储系统,进程P共有5页,访问串为3,2,1,0,3,2,4,3,2,1,0,4,试采用LRU算法和LFU算法分析,当分配页面数为3时,发生的缺页中断次数
操作系统—页面置换算法（C++实现）
05-13
页面置换算法: 资源包含三个算法：OPT---最佳置换算法、//FIFO---先进先出、//LRU---最近最久未使用 操作：用户输入物理块数、页面待要访问的个数、每个页面编号，计算出缺页数、置换数、缺页率 语言：C++ 运行环境：Visual Studio 2013/更高版本
操作系统LRU页面置换算法 C语言程序
05-25
操作系统LRU页面置换算法 C语言程序 数组实现 简单，清晰且实用，
页面置换算法（OPT、FIFO、LRU）实现--C++版本-页面置换算法（Optimal、FIFO、LRU）
12-18
该工程具体是在codeblock上面实现了操作系统课程上讲解的页面置换算法，包括先进先出（FIFO）、最佳置换算法（OPT）、最久最近未使用算法（LRU）。 具体实现功能有： 1、建立相应的数据结构 2、在屏幕上显示页面的状况 3、时间的流逝可用下面几种方法模拟：按键盘，每按一次可认为过一个时间单位; 4、将一批页的置换情况存入磁盘文件，以后可以读出并重放; 5、计算页面的缺页次数、缺页后的页面置换次数 6、支持算法：FIFO、LRU、最佳置换算法。 操作系统常见三大页面置换算法。Optimal、FIFO、LRU。在其中的测试用例才有了《计算机操作系统》第三版，书中的例子作为测试。
LRU 页面置换算法
热门推荐
tel17784456683的博客
06-09 2万+
LRU的简单实现 LRU是Least Recently Used的缩写，即最近最少使用，常用于页面置换算法，是为虚拟页式存储管理服务的。 为了尽量减少与理想算法的差距，产生了各种精妙的算法，最少使用页面置换算法便是其中一个。LRU算法的提出，是基于这样一个事实:在前面几条指令中使用频繁的页面很可能在后面的几条指令中频繁使用。反过来说，已经很久没有使用的页面很可能在未来较长的一段时间内不会被用到。这...
操作系统 LRU页面置换算法
qq_45687258的博客
11-21 2253
写这个算法，就是一步一步调试出来的，花点功夫，其实原理比较简单，我使用的是链表。 中间有一些循环控制变量和条件需要琢磨以下，其他还好。 #define vpNum 10 //虚页块数 #define rpNum 3 //实页块数 ElemType arr[N] = { 7,0,1,2,0,3,4,2,3,0,3,2,1,2,0,1,7,0,1 };//页面引用串 完成这个分了三种情况： 第一种情况，虚页号和页面号引用串值相等且此时不在内存中 第二种情况，如果实页满了，进行页面置换 第三种情况，此时刻的页
LRU页面置换算法c++
08-19
为了实现 LRU（最近最久未使用）页面置换算法，可以采用双向链表和哈希表结合的方式。这种方法能够高效地维护页面的访问顺序，并在发生缺页时快速找到并替换最久未使用的页面。以下是一个简易的 C++ 实现： ### ...
评论 1
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值