用C语言首次适应算法编写一段程序来模拟页面置换算法。要求能分别显示最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法的置换过程。

以下是用C语言编写的页面置换算法模拟程序，其中包括最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法的置换过程。

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

#define PAGE_SIZE 4     // 页面大小
#define PAGE_NUM 12     // 页面总数

// 初始化页面序列
void init_page_seq(int page_seq[]) {
    int i;
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        page_seq[i] = rand() % PAGE_SIZE;
    }
}

// 输出页面序列
void print_page_seq(int page_seq[]) {
    int i;
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        printf("%d ", page_seq[i]);
    }
    printf("\n");
}

// 最佳(Optimal)置换算法
void optimal_replace(int page_seq[]) {
    int i, j, k, max, replace, hit = 0, miss = 0;
    int page_table[PAGE_SIZE];       // 页面表
    int future[PAGE_SIZE][PAGE_NUM]; // 未来引用序列

    // 初始化页面表和未来引用序列
    for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i++) {
        page_table[i] = -1;
        for (j = 0; j < PAGE_NUM; j++) {
            if (j > i) {
                future[i][j] = -1;
            } else {
                k = j + 1;
                while (k < PAGE_NUM && page_seq[k] != i) {
                    k++;
                }
                future[i][j] = k;
            }
        }
    }

    // 执行页面置换
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        // 查找是否命中
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == page_seq[i]) {
                hit++;
                break;
            }
        }
        // 如果没命中，则选择未来引用最远的页面进行置换
        if (j == PAGE_SIZE) {
            miss++;
            replace = 0;
            max = future[0][i];
            for (j = 1; j < PAGE_SIZE; j++) {
                if (future[j][i] > max) {
                    max = future[j][i];
                    replace = j;
                }
            }
            page_table[replace] = page_seq[i];
        }
        // 输出当前页面表
        printf("Page Table: ");
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == -1) {
                printf("- ");
            } else {
                printf("%d ", page_table[j]);
            }
        }
        printf("\n");
    }

    // 输出命中率和缺页率
    printf("Optimal Algorithm:\n");
    printf("Hit: %d, Miss: %d, Hit Ratio: %.2f%%, Miss Ratio: %.2f%%\n",
           hit, miss, (float)hit / PAGE_NUM * 100, (float)miss / PAGE_NUM * 100);
}

// 先进先出(FIFO)页面置换算法
void fifo_replace(int page_seq[]) {
    int i, j, replace = 0, hit = 0, miss = 0;
    int page_table[PAGE_SIZE]; // 页面表

    // 初始化页面表
    for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i++) {
        page_table[i] = -1;
    }

    // 执行页面置换
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        // 查找是否命中
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == page_seq[i]) {
                hit++;
                break;
            }
        }
        // 如果没命中，则选择最早进入页面表的页面进行置换
        if (j == PAGE_SIZE) {
            miss++;
            page_table[replace] = page_seq[i];
            replace = (replace + 1) % PAGE_SIZE;
        }
        // 输出当前页面表
        printf("Page Table: ");
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == -1) {
                printf("- ");
            } else {
                printf("%d ", page_table[j]);
            }
        }
        printf("\n");
    }

    // 输出命中率和缺页率
    printf("FIFO Algorithm:\n");
    printf("Hit: %d, Miss: %d, Hit Ratio: %.2f%%, Miss Ratio: %.2f%%\n",
           hit, miss, (float)hit / PAGE_NUM * 100, (float)miss / PAGE_NUM * 100);
}

// 最近最久未使用(LRU)置换算法
void lru_replace(int page_seq[]) {
    int i, j, k, replace, hit = 0, miss = 0;
    int page_table[PAGE_SIZE]; // 页面表
    int time[PAGE_SIZE];       // 访问时间

    // 初始化页面表和访问时间
    for (i = 0; i < PAGE_SIZE; i++) {
        page_table[i] = -1;
        time[i] = 0;
    }

    // 执行页面置换
    for (i = 0; i < PAGE_NUM; i++) {
        // 查找是否命中
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == page_seq[i]) {
                hit++;
                time[j] = i;
                break;
            }
        }
        // 如果没命中，则选择最近最久未使用的页面进行置换
        if (j == PAGE_SIZE) {
            miss++;
            replace = 0;
            for (j = 1; j < PAGE_SIZE; j++) {
                if (time[j] < time[replace]) {
                    replace = j;
                }
            }
            page_table[replace] = page_seq[i];
            time[replace] = i;
        }
        // 输出当前页面表
        printf("Page Table: ");
        for (j = 0; j < PAGE_SIZE; j++) {
            if (page_table[j] == -1) {
                printf("- ");
            } else {
                printf("%d ", page_table[j]);
            }
        }
        printf("\n");
    }

    // 输出命中率和缺页率
    printf("LRU Algorithm:\n");
    printf("Hit: %d, Miss: %d, Hit Ratio: %.2f%%, Miss Ratio: %.2f%%\n",
           hit, miss, (float)hit / PAGE_NUM * 100, (float)miss / PAGE_NUM * 100);
}

int main() {
    int page_seq[PAGE_NUM];

    // 初始化页面序列
    init_page_seq(page_seq);

    // 输出页面序列
    printf("Page Sequence: ");
    print_page_seq(page_seq);

    // 最佳(Optimal)置换算法
    optimal_replace(page_seq);

    // 先进先出(FIFO)页面置换算法
    fifo_replace(page_seq);

    // 最近最久未使用(LRU)置换算法
    lru_replace(page_seq);

    return 0;
}

在程序中，我们首先使用 `init_page_seq` 函数生成随机的页面序列，然后使用 `print_page_seq` 函数输出生成的页面序列。

接着，我们分别实现了最佳(Optimal)置换算法、先进先出(FIFO)页面置换算法和最近最久未使用(LRU)置换算法的置换过程。对于每种算法，我们都使用一个页面表来维护当前页面的状态，并根据页面表的情况进行页面置换。在每次页面置换完成之后，我们都会输出当前的页面表，并计算命中率和缺页率。

最后，我们在主函数中依次调用了三种算法的实现函数，并输出了相应的结果。

需要注意的是，由于页面序列是随机生成的，因此每次运行程序得到的结果可能会不同。