前言

本文繼續來盤Python內置集合模塊，本期介紹其中的工具類雙端隊列類（Deque）、用戶列表類（UserList）和UserString類的使用。我們還是采用“短平快”的模式——文字+代碼，助你多“快好省地學會它，并能都收用上它。

1. Deque

Deque是棧和隊列的泛化(名字讀作“deck”，是“雙端隊列”的縮寫)。deque支持線程安全、內存高效的從deque的任意一側添加和彈出操作，且在任何一個方向上都具有大致相同的O(1)性能。

盡管列表對象支持類似的操作，但它們都針對快速定長操作進行了優化，并為pop(0)和insert(0, v)操作帶來O(n)內存移動成本，這兩種操作會改變底層數據表示的大小和位置。

導入Python集合模塊后，通過collections.deque([iterable[， maxlen]])，這會返回一個新的deque對象，用iterable的數據從左到右初始化(使用append())。如果未指定iterable，則新的deque為空。

可選參數maxlen，為deque的最大大小，如果未綁定則為None。如果未指定maxlen或為None，則deques可以增長到任意長度。否則，deque將被限定為指定的最大長度。

需要注意的是，一旦指定邊界長度的deque已滿，當添加新項時，相應數量的項將從另一端丟棄。看下面的簡單示例：

### Deque
from collections import deque

# 聲明一個deque對象，用可迭代對象初始化
q = deque(['user', 'password', 'token'])
print(q)

程序輸出結果如下：

D
Q
I

上面的清單中，通過傳遞一個列表作為參數來定義一個deque對象。現在再創建另一個，但這次使用的是字符串:

# 基于字符串創建含有3項的新deque對象
d = deque('dqi')
# 迭代遍歷deque元素
for elem in d:
print(elem.upper())

運行程序的輸出結果如下：

現在來看看deque對象的內容:

# deque的內容列表
deque_contents = list(d)
print(deque_contents)

# 查看下最左邊項
print(d[0])

# 查看下最右邊項
print(d[-1])

運行程序的結果輸出為：

['d', 'q', 'i']
d
i

接下來，簡要看看deque對象支持的一些方法:

1）append(x):

將x添加到deque的右側。

2）appendleft(x):

在deque的左邊加上x。

示例如下：

# 在右邊添加新項
d.append('j')
# 在左邊添加新項
d.appendleft('f')
# 展示deque構成表現
print(d)

輸出結果為：

deque(['f', 'd', 'q', 'i', 'j'])

3）pop():

從deque的右側刪除并返回一個元素。如果沒有元素，則引發IndexError。

4）popleft():

從deque的左側刪除并返回一個元素。如果沒有元素，則引發IndexError。

# 從右側刪除項并返回對應項
rightmost = d.pop()
print(rightmost)

# 從左側刪除項并返回對應項
leftmost = d.popleft()
print(leftmost)

輸出結果如下：

j
f

5）clear():

從deque中刪除所有元素，使其長度為0。

6）copy():

創建deque的淺拷貝。

7）count(x):

計算等于x的deque元素的個數。

8）extend(iterable):

在deque的右側通過追加iterable參數中的元素來擴展當前對象。

# 一次增加多個元素
d.extend('jkl')
print(d)

輸出結果如下：

deque(['d', 'q', 'i', 'j', 'k', 'l'])

9）extendleft(iterable):

在deque對象的左側通過iterable中元素來追加來擴展當前對象。

注意，左追加的序列導致iterable參數中元素的順序顛倒。如下所示：

# extendleft() 反轉輸入順序
d.extendleft('xyz')
print(d)

輸出結果為：

deque(['z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i', 'j', 'k', 'l'])

10）index(x[,start[,stop]]):

返回x在deque中的位置(在索引start或之后和索引stop之前)。返回第一個匹配項，如果未找到則引發ValueError異常。

11）insert(i ,x):

將x插入到deque中i的位置。如果插入會導致有界deque增長超過maxlen，則拋出IndexError異常。

12）remove(value):

刪除第一個出現的值。如果沒有找到，則拋出ValueError。

13）rotate(n = 1):

向右輪轉deque n步。如果n是負數，向左旋轉，即把n個元素到左邊或右邊。

示例如下：

# 開始時deque
print(d)

#向右輪轉
d.rotate(1)
print(d)

# 向左輪轉
d.rotate(-1)
print(d)
d.rotate(3)
print(d)

輸出結果為：

deque(['z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i', 'j', 'k', 'l'])
deque(['l', 'z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i', 'j', 'k'])
deque(['z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i', 'j', 'k', 'l'])
deque(['j', 'k', 'l', 'z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i'])

14）reverse()

將deque的元素原地反轉，然后返回None。

# 開始是deque
print('old deque:', d)

# 反轉deque中元素
new_deq = d.reverse()
print('new deque:', new_deq)

# 反轉后原始deque
print('old deque:', d)

輸出結果：

old deque: deque(['z', 'y', 'x', 'd', 'q', 'i', 'j', 'k', 'l'])
new deque: None
old deque: deque(['l', 'k', 'j', 'i', 'q', 'd', 'x', 'y', 'z'])

正如輸出結果所示，reverse()方法將deque的元素就地反轉，這意味著我們的原始deque對象被修改了。它返回None。

提醒：由于Deque是線程安全，常用在多線程環境下使用，比如對象共享池、數據庫連接池等方法，還可以便利控制或說自定義隊列中的對象上限。

2. UserList

UserList類用于充當列表對象的包裝器。對于你自己的創建類似列表類來說，它是一個有用的基類，可以繼承并覆蓋其現有的方法或添加新的方法。通過這種方式，可以向Python中的列表添加新的行為。

對這個類的需求已經部分被直接來自list的子類能力所取代;但是，這個類更容易使用，因為底層列表可以作為屬性訪問。其通常使用方式為：

import collections
ulist = collections.UserList([list])

該類模擬列表行為，其實例的內容保存在一個常規列表中，可以通過UserList實例的data屬性訪問該列表。實例的內容最初化為list的副本，默認為空列表[]。參數list可以是任何可迭代對象，例如一個真正的Python列表或UserList對象。

除了支持可變序列的方法和操作外，UserList實例還提供了以下屬性:

data:

一個用于存儲UserList類內容的真實列表對象。

假設我們想要定義一個不允許刪除其中項的列表。我們可以通過繼承UserList輕松定義這樣的類:

from collections import UserList

# 自定義一個類，其繼承自UserList
# 該類不允許刪除其所含項
# Python中的List類的刪除方法:
# remove() and pop()
class ListWithNoItemDelete(UserList):
    # 覆寫remove()方法
    def remove(self, s=None):
        self.not_allowed()

# 覆寫 pop() 方法
def pop(self, s=None):
self.not_allowed()
# 定義一個不允許方法
def not_allowed(self):
raise RuntimeError("Deletion not allowed")

# 自定義列表對象
custom_list = ListWithNoItemDelete(['a', 'b', 'c'])

# 試圖刪除列表項操作
custom_list.remove('b')

運行上述程序控制臺輸出類似如下內容：

……
raise RuntimeError("Deletion not allowed")
RuntimeError: Deletion not allowed

使用建議：該類型主要特點是參數的副本化，即不會改變傳進來的列表，同時多了個存儲屬性data，實際應用中可酌情使用。

3. UserString

UserString類充當字符串對象的包裝器。對該類的需求已經部分被直接從str派生子類的能力所取代;但是，這個類更容易使用，因為底層字符串可以作為屬性訪問。其通常使用形式：

import collections
userStr = collections.UserString(seq)

該類模擬字符串對象，其實例的內容保存在一個常規字符串對象中，其可通過UserString實例的data屬性訪問該對象。實例的內容最初化為seq的一個副本。seq參數可以是任何可以使用內置str()函數轉換為字符串的對象。

除了支持字符串的方法和操作，UserString實例提供以下屬性:

data:

這是個str對象，用于存儲UserString類的內容。

假設我們想要定義一個自己的str類，包含concatenate()方法，可以參考如下實現:

# UserString

from collections import UserString

# 定義一個繼承自UserString的子類
class CustomStrClass(UserString):
# 定義一個新方法
def concatenate(self, other=None, delimiter=' '):
self.data += delimiter + other
# 創建自定義字符串對象
custom_str = CustomStrClass('My Custom')
custom_str.concatenate('String Class')
print(custom_str)

運行程序，輸出結果類似如下：

My Custom String Class

概括：該字符串最大特色就是存儲的是參數副本，并具有可自行定制處理的機制以及data屬性。通常狀況下，str類即可。

4.本文小結

本期中主要介紹Python集合模塊中的雙端隊列（Deque）、用戶列表（UserList）以及用戶字符串（UserString），使用中要根據需要來結合他們各自的特點使用，比如deque的線程安全的支持和雙端操作、UserString與UserString的副本化及data存儲屬性等。