#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int numbers[20]={7,0,1,2,
   0,3,0,4,
   2,3,0,3,
   2,1,2,0,
   1,7,0,1};//本地數(shù)據(jù)，與課本一致，方便測試
int nums=0;//輸入棧的個數(shù)，為了方便使用，
int stack[20][7]={10};

void begin();
void randomnum();//用于產(chǎn)生隨機數(shù)
void init();//初始化
void FIFO();//FIFO算法
void LRU();//LRU算法
void OPT();//最優(yōu)頁面置換算法（OPT）
void print();//輸出

int main() {
 begin();
 FIFO();
 LRU();
 OPT();
 return 0;
}
void begin()//開始菜單界面
{
 int i,j,k;
 printf("請輸入頁面幀的數(shù)量(1-7)：");
 scanf("%d",&nums);
 for(k=0;;k++)
 {
 printf("是否使用隨機數(shù)產(chǎn)生輸入串（0：是，1：否）");
 scanf("%d",&j);
 if(j==0)
 {
  randomnum();
  break;
 }
 else if(j==1)
 {
  break;
 }
 else
 {
  printf("請輸入正確的選擇！\n");
 }
 }

 printf("頁面引用串為：\n");
 for(i=0;i<20;i++)
 {
 printf("%d ",numbers[i]);
 }
 printf("\n");
 init();
}
void randomnum()//如果需要使用隨機數(shù)生成輸入串，調(diào)用該函數(shù)
{
 srand(time(0));//設(shè)置時間種子
 for(int i = 0; i < 20; i++) {
 numbers[i] = rand() % 10;//生成區(qū)間0`9的隨機頁面引用串
 }
}
void init()//用于每次初始化頁面棧中內(nèi)容，同時方便下面輸出的處理
{
 int i,j;
 for(i=0;i<20;i++)
 for(j=0;j<nums;j++)
  stack[i][j]=10;
}

void print()//輸出各個算法的棧的內(nèi)容
{
 int i,j;
 for(i=0;i<nums;i++)
 {
 for(j=0;j<20;j++)
 {
  if(stack[j][i]==10)
  printf("* ");
  else
  printf("%d ",stack[j][i]);
 }
 printf("\n");
 }

}

void FIFO()//FIFO算法
{
 init();
 int i,j=1,n=20,k,f,m;
 stack[0][0]=numbers[0];

 for(i=1;i<20;i++)
 {
 f=0;
 for(m=0;m<nums;m++)
 {
  stack[i][m]=stack[i-1][m];
 }
 for(k=0;k<nums;k++)
 {
  if(stack[i][k]==numbers[i])
  {
  n--;
  f=1;
  break;
  }
 }
 if(f==0)
 {
  stack[i][j]=numbers[i];
  j++;
 }
 if(j==nums)
  j=0;
 }
 printf("\n");
 printf("FIFO算法：\n");
 print();
 printf("缺頁錯誤數(shù)目為：%d\n",n);
}

void LRU()//LRU算法
{
 int i,j,m,k,sum=1;
 int sequence[7]={0};//記錄序列
 init();
 stack[0][0]=numbers[0];
 sequence[0]=nums-1;
 for(i=1;i<nums;i++)//前半部分，頁面空置的情況
 {
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  if(sequence[j]==0)
  {
  stack[i][j]=numbers[i];
  break;
  }
 }
 for(j=0;j<i;j++)//將之前的優(yōu)先級序列都減1
 {
  sequence[j]--;
 }
 sequence[i]=nums-1;//最近使用的優(yōu)先級列為最高
 sum++;
 }
 for(i=nums;i<20;i++)//頁面不空，需要替換的情況
 {
 int f;
 f=0;
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)//判斷輸入串中的數(shù)字，是否已經(jīng)在棧中
 {
  if(stack[i][j]==numbers[i])
  {
  f=1;
  k=j;
  break;
  }
 }
 if(f==0)//如果頁面棧中沒有，不相同
 {
  for(j=0;j<nums;j++)//找優(yōu)先序列中為0的
  {
  if(sequence[j]==0)
  {
   m=j;
   break;
  }
  }
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
  sequence[j]--;
  }
  sequence[m]=nums-1;
  stack[i][m]=numbers[i];
  sum++;
 }
 else//如果頁面棧中有，替換優(yōu)先級
 {
  if(sequence[k]==0)//優(yōu)先級為最小優(yōu)先序列的
  {
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
   sequence[j]--;
  }
  sequence[k]=nums-1;
  }
  else if(sequence[k]==nums-1)//優(yōu)先級為最大優(yōu)先序列的
  {
  //無需操作
  }
  else//優(yōu)先級為中間優(yōu)先序列的
  {
  for(j=0;j<nums;j++)
  {
   if(sequence[k]<sequence[j])
   {
   sequence[j]--;
   }
  }
  sequence[k]=nums-1;
  }
 }
 }
 printf("\n");
 printf("LRU算法：\n");
 print();
 printf("缺頁錯誤數(shù)目為：%d\n",sum);
}

void OPT()//OPT算法
{
 int i,j,k,sum=1,f,q,max;
 int seq[7]={0};//記錄序列
 init();
 stack[0][0]=numbers[0];
 seq[0]=nums-1;
 for(i=1;i<nums;i++)//前半部分，頁面空置的情況
 {
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  if(seq[j]==0)
  {
  stack[i][j]=numbers[i];
  break;
  }
 }
 for(j=0;j<i;j++)//將之前的優(yōu)先級序列都減1
 {
  seq[j]--;
 }
 seq[i]=nums-1;//最近使用的優(yōu)先級列為最高
 sum++;
 }
 for(i=nums;i<20;i++)//后半部分，頁面棧中沒有空的時候情況
 {
 //k=nums-1;//最近的數(shù)字的優(yōu)先級
 for(j=0;j<nums;j++)//前面的頁面中內(nèi)容賦值到新的新的頁面中
 {
  stack[i][j]=stack[i-1][j];
 }
 for(j=0;j<nums;j++)
 {
  f=0;
  if(stack[i][j]==numbers[i])
  {
  f=1;
  break;
  }
 }
 if(f==0)//頁面中沒有，需要替換的情況
 {
  for(q=0;q<nums;q++)//優(yōu)先級序列中最大的就是最久未用的，有可能出現(xiàn)后面沒有在用過的情況
  {
  seq[q]=20;
  }
  for(j=0;j<nums;j++)//尋找新的優(yōu)先級
  {
  for(q=i+1;q<20;q++)
  {
   if(stack[i][j]==numbers[q])
   {
   seq[j]=q-i;
   break;
   }
  }
  }
  max=seq[0];
  k=0;
  for(q=0;q<nums;q++)
  {
  if(seq[q]>max)
  {
   max=seq[q];
   k=q;
  }
  }
  stack[i][k]=numbers[i];
  sum++;
 }
 else
 {
  //頁面棧中有需要插入的數(shù)字，無需變化，替換的優(yōu)先級也不需要變化
 }
 }
 printf("\n");
 printf("OPT算法：\n");
 print();
 printf("缺頁錯誤數(shù)目為：%d\n",sum);
}