Python 队列

Python 队列

一、队列的概念及特点

队列（Queue）是计算机科学中一种常见的数据结构，它可以用来存储按照先进先出（First In First Out, FIFO）顺序排列的数据元素。在队列中，新元素在队尾添加，而从队列中移除元素的操作则在队头进行。队列是一种限制端操作的线性表，即只能在表的一端进行插入元素（队尾），而在另一端进行删除元素（队头）。在实际应用中，队列类似于日常生活中排队等候服务的场景，先到的人先接受服务，后来的人需要等待。

Python 提供了内置的 queue 模块，其中包含了多种队列的实现类，包括 Queue、PriorityQueue 和 LifoQueue。下面将详细介绍这些队列类的特点及使用方法。

二、Queue 类

Queue 类是 queue 模块中提供的最简单的队列实现。它基于先进先出的原则，在队尾添加元素，在队头删除元素。下面是 Queue 类的基本使用方法：

1. 创建一个空的队列：

import queue

q = queue.Queue()

2. 向队列中添加元素：

q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)

3. 从队列中取出元素：

print(q.get())  # 输出：1
print(q.get())  # 输出：2
print(q.get())  # 输出：3

4. 判断队列是否为空：

print(q.empty())  # 输出：True

Queue 类的常用方法如下：

• put(item[, block[, timeout]]): 将 item 放入队列中，block 参数用于设置是否阻塞，timeout 参数用于设置超时时长。
• get([block[, timeout]]): 从队列中取出元素，block 参数和 timeout 参数的含义与 put() 方法相同。
• qsize(): 返回队列中元素的个数。
• empty(): 如果队列为空返回 True，否则返回 False。
• full(): 如果队列已满返回 True，否则返回 False。

下面是一个完整的示例程序：

import queue

q = queue.Queue()

for i in range(5):
    q.put(i)

while not q.empty():
    print(q.get())

运行结果如下：

0
1
2
3
4

三、PriorityQueue 类

PriorityQueue 类继承自 Queue 类，它支持优先级的概念，即每个元素都有一个优先级，优先级高的元素先被取出。这在一些需要按照优先级处理任务的场景中非常有用。下面是 PriorityQueue 类的基本使用方法：

1. 创建一个空的优先级队列：

import queue

q = queue.PriorityQueue()

2. 向队列中添加元素：

q.put((2, "two"))
q.put((1, "one"))
q.put((3, "three"))

3. 从队列中取出元素：

print(q.get())  # 输出：(1, 'one')
print(q.get())  # 输出：(2, 'two')
print(q.get())  # 输出：(3, 'three')

与 Queue 类相比，PriorityQueue 类的 put() 方法需要传入一个元组，元组的第一个元素为优先级，第二个元素为实际值。优先级高的元素先被取出。

四、LifoQueue 类

LifoQueue 类继承自 Queue 类，表示后进先出（Last In First Out, LIFO）的队列，也称为栈（Stack）。LifoQueue 类的基本使用方法与 Queue 类类似，只是取出元素时采用了后进先出的顺序。下面是 LifoQueue 类的基本使用方法：

1. 创建一个空的栈：

import queue

q = queue.LifoQueue()

2. 向栈中添加元素：

q.put(1)
q.put(2)
q.put(3)

3. 从栈中取出元素：

print(q.get())  # 输出：3
print(q.get())  # 输出：2
print(q.get())  # 输出：1

LifoQueue 类的使用方法与 Queue 类类似，只是在取出元素时采用了后进先出的顺序。

五、总结

队列是一种常见的数据结构，在实际编程中有着广泛的应用。Python 提供了内置的 queue 模块，其中包含了多种队列实现的类，包括 Queue、PriorityQueue 和 LifoQueue。通过使用这些队列类，可以方便地实现先进先出、优先级队列和后进先出的功能。