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Python双端队列deque的实现

前言

双端队列deque支持从任意一端增加和删除元素。其中，栈和队列就是双端队列的退化形式，它们的输入输出被限制在某一端。

基本用法

首先，我们来看看容器collections.deque()函数的基本用法。具体代码如下所示：

import collections

c = collections.deque('abcdefg')
print("输出双端队列：", c)
print("双端队列的长度：", len(c))
print("前端值：", c[0])
print("末端值：", c[-1])

运行之后，效果如下：

填充

因为它是双端队列，所以该队列支持从任意一端添加或删除元素。下面，我们来分别实现两端的添加和删除操作，具体代码如下所示：

import collections

c = collections.deque()
#不使用构造函数初始化
c.extend("abcdefg")
#右端（末端）添加
c.append('h')
print(c)
#左端添加（前端）添加
c.extendleft('i')
print(c)
#末尾删除
c.pop()
print(c)
#前端删除
c.popleft()
print(c)
#随便删除
c.remove('c')
print(c)

运行之后，效果如下：

和使用list数组一样，通过append进行添加，默认append从右端（末端）开始添加。如果想从前端开始添加，可以使用extendleft()函数。而删除可以使用pop()函数从右端（末尾）开始删除，popleft()从左端开始删除。至于随意删除，可以直接使用remove()。

线程安全

双端队列是线程安全的，在实际应用中，我们可以在不同线程中同时从两端消费队列的内容。具体代码如下所示：

import collections
import threading
import time

def getItem(lor, method):
    while True:
        try:
            next = method()
        except IndexError:
            break
        else:
            print("{0}:{1}".format(lor, next))
            time.sleep(0.1)
    print('{0}:None'.format(lor))
    return

c = collections.deque("abcdefg")
t1 = threading.Thread(target=getItem, args=('Left', c.popleft))
t2 = threading.Thread(target=getItem, args=('Right', c.popleft))
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()

运行之后，效果如下：

上面代码中，两个线程交替删除元素，直至双端队列deque为空。可以看到，没有重复的元素被删除。

旋转

双端队列deque的另一个很有用的方面是可以按任意一个方向旋转，从而跳过一些元素。

比如将deque双端队列向右旋转（使用一个正旋转值）会从右端取元素，并把它们移动到左端。同理，向左旋转（负值）则从左端将元素移值右端。

我们来看一端代码就非常明白了：

import collections

a = collections.deque("abcdefg")
b = collections.deque("abcdefg")
c = collections.deque("abcdefg")
print(a)
b.rotate(2)
print(b)
c.rotate(-2)
print(c)

运行之后，效果如下：

可以看到，b的前两个字母被移动到前面。c的前两个字母被移动到后面。

限制双端队列大小

在实际的双端队列操作中，我们可以设置双端队列deque实例的最大长度，使它不会超过这个大小。这种操作在查找长度不确定的流中最后n个元素非常有用。

我们先来看一段代码：

import collections
import random

c1 = collections.deque(maxlen=5)
c2 = collections.deque(maxlen=3)

for i in range(8):
    r = random.randint(1, 100)
    print(r)
    c1.append(r)
    c2.append(r)
print(c1)
print(c2)

运行之后，效果如下：