python 如何打印队列

开头段落：
在Python中打印队列可以通过使用queue模块中的Queue类、collections模块中的deque类、手动实现一个队列类。其中，queue模块中的Queue类和collections模块中的deque类是两种比较常见和方便的方式。Queue类主要用于多线程环境下的线程安全队列，而deque类则是一个通用的双端队列，非常适合在单线程环境下使用。下面将详细介绍如何使用collections模块中的deque类来实现和打印队列。deque是一个双端队列，支持在两端快速地添加和删除元素，这使得它成为实现队列结构的理想选择。通过append()方法可以在队尾添加元素，而通过popleft()方法可以从队首移除元素。要打印队列，只需简单地打印deque对象即可，因为deque的__str__方法已经实现了将其中的元素以列表形式输出。

一、使用QUEUE模块打印队列

queue模块是Python标准库中提供的线程安全的队列类。它主要用于在多线程程序中安全地传递数据。Queue类提供了基本的操作如put()和get()，分别用于向队列中添加元素和从队列中取出元素。

初始化和添加元素
在使用Queue类时，首先需要创建一个Queue对象。可以指定队列的最大长度，也可以不指定，这样队列长度将没有限制。添加元素使用put()方法，可以将任意对象放入队列中。
```
import queue
q = queue.Queue()
q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)
```
打印队列
要打印队列，可以通过循环提取元素并输出。注意，这种方式会改变队列本身，因为get()方法会移除并返回队首元素。
```
while not q.empty():
    print(q.get(), end=' ')
```
这种方式输出队列中的所有元素，并且队列在输出后会变为空。

二、使用COLLECTIONS模块的DEQUE类打印队列

collections模块中的deque类是Python中双端队列的实现。与Queue类不同，deque并不是线程安全的，但在单线程环境中使用非常方便。

初始化和添加元素
deque类的初始化和添加元素非常简单，使用append()方法可以在队尾添加元素。
```
from collections import deque
dq = deque()
dq.append(1)
dq.append(2)
dq.append(3)
```
打印队列
deque类已经实现了__str__方法，因此可以直接打印整个队列。
```
print(dq)
```
这种方式会输出deque对象中的所有元素，格式类似于列表。

三、手动实现一个队列类并打印

除了使用Python内置的库，我们也可以通过自定义类来实现一个队列。这种方式可以更好地理解队列的工作原理。

实现队列类
可以通过列表来存储队列中的元素，实现enqueue和dequeue方法，分别用于添加和移除元素。

class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def enqueue(self, item):
        self.items.append(item)
    def dequeue(self):
        if not self.is_empty():
            return self.items.pop(0)
    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0

打印队列
为自定义队列类实现一个__str__方法，方便直接打印队列对象。

class Queue:
    def __init__(self):
        self.items = []
    def enqueue(self, item):
        self.items.append(item)
    def dequeue(self):
        if not self.is_empty():
            return self.items.pop(0)
    def is_empty(self):
        return len(self.items) == 0
    def __str__(self):
        return str(self.items)

使用时，只需创建Queue对象并添加元素，然后直接打印对象即可。

q = Queue()
q.enqueue(1)
q.enqueue(2)
q.enqueue(3)
print(q)

四、在多线程环境下使用队列

在多线程应用中，队列通常用于在线程之间传递数据。queue模块中的Queue类是线程安全的，适合在这种场景下使用。

多线程队列示例
下面是一个简单的多线程示例，使用Queue类在线程之间传递数据。

import threading
import queue
import time
def worker(q):
    while not q.empty():
        item = q.get()
        print(f'Processing item: {item}')
        time.sleep(1)
        q.task_done()
q = queue.Queue()
for i in range(5):
    q.put(i)
thread = threading.Thread(target=worker, args=(q,))
thread.start()
q.join()

解释
代码中创建了一个线程worker，它从队列中获取数据进行处理。主线程将数据放入队列并等待子线程完成处理。队列的task_done()方法用于通知队列任务已完成，而join()方法则阻塞主线程，直到队列中的所有任务都被处理完。

五、使用DEQUE类模拟多线程环境下的队列

虽然collections.deque不是线程安全的，但在一些受控的多线程环境中，我们可以通过锁机制来使用deque。

使用锁保护DEQUE
可以使用threading.Lock来确保对deque的操作是线程安全的。

from collections import deque
import threading
dq = deque()
lock = threading.Lock()
def producer():
    with lock:
        for i in range(5):
            dq.append(i)
            print(f'Produced {i}')
def consumer():
    with lock:
        while dq:
            item = dq.popleft()
            print(f'Consumed {item}')
thread1 = threading.Thread(target=producer)
thread2 = threading.Thread(target=consumer)
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()