Python的with语句与上下文管理器详解
Python的with语句与上下文管理器详解
作者：ChrisYZX，二手Python艺术家/设计/经济学
博客：https://www.jianshu.com/u/45eabf52c017
一、with语句就是简洁版的try/finally语句
在我们日常使用场景中，经常会操作一些资源，比如文件对象、数据库连接、Socket连接等，资源操作完了之后，不管操作的成功与否，最重要的事情就是关闭该资源，否则资源打开太多而没有关闭，程序会报错，以文件操作为例，通常我们会这样写：
f = open('file.txt', 'w')
try:
f.write("Hello")
finally:
f.close()但既然close方法是必须的操作，那就没必要显式地调用，所以Python给我们提供了一种更优雅的方式，使用with语句：
with open('file.txt', 'w') as f:
f.write("Hello")在退出with语句下的代码块之后，f 对象会自动执行自己的close方法，实现资源的释放，简洁优雅。
二、上下文管理器原理
f 对象之所以会自动执行自己的close方法，是因为它是一个上下文管理器，所以我们要先说说什么是上下文管理器。
上下文管理器是内部实现了__enter__和__exit__方法的对象（比如下面EXPR表达式获取到的对象）
它的一般使用方法是：
with EXPR as VAR:
BLOCK上述代码的执行过程等价于：
ContextManager = EXPR
VAR = ContextManager.__enter__()
try:
BLOCK
finally:
ContextManager.__exit__()f 对象就是把自己的close方法定义在了它的__exit__方法内部，实现了代码块BLOCK执行完之后自动关闭自身。
三、自定义上下文管理器
为了验证上述的执行过程，我们定义一个文件类，内部实现了__enter__和__exit__两个方法：
class File:
def __init__(self, filename, mode):
self.filename = filename
self.mode = mode
def __enter__(self):
print("进入")
self.f = open(self.filename, self.mode)
return self.f
def __exit__(self, exc_type=None, exc_val=None, exc_tbs=None):
print("退出")
self.f.close()这时候File类就是一个上下文管理器
我们分别通过 with语句 和 try/finally语句 使用File类对文件进行写入操作
通过with语句执行：
with File('file.txt', 'w') as f:
print("正在写入...")
f.write('Hello')控制台输出：
进入
正在写入...
退出并得到了一个写了 Hello 的 file.txt 文件
通过try/finally语句执行：
ContextManager = File('file.txt', 'w')
VAR = ContextManager .__enter__()
try:
print("正在写入...")
VAR.write('Hello')
finally:
ContextManager.__exit__()控制台输出：
进入
正在写入...
退出并得到了一个写了 Hello 的 file.txt 文件
两者输出一致，所以验证了二中执行过程的等价关系是正确的
四、__enter__和__exit__方法说明
1、__enter__方法说明
上下文管理器的__enter__方法是可以带返回值的，默认返回None，这个返回值通过with…as…中的 as 赋给它后面的那个变量，所以 with EXPR as VAR 就是将EXPR对象__enter__方法的返回值赋给 VAR。
当然with...as...并非固定组合，单独使用with...也是可以的，上下文管理器的__enter__方法还是正常执行，只是这个返回值并没有赋给一个变量，with下面的代码块也不能使用这个返回值。
2、__exit__方法说明
上下文管理器的__exit__方法接收3个参数exc_type、exc_val、exc_tb，如果代码块BLOCK发生了异常e并退出，这3个参数分别为type(e)、str(e)、e.__traceback__，否则都为None。
同样__exit__方法也是可以带返回值的，这个返回值应该是一个布尔类型True或False，默认为None（即False）。如果为False，异常会被抛出，用户需要进行异常处理。如果为True，则表示忽略该异常。
五、contextmanager 装饰器
Python还提供了一个contextmanager装饰器，允许用户将一个生成器定义为上下文管理器，该装饰器将生成器中的代码通过yield语句分成两部分，yield之前的代码为__enter__方法，yield之后的代码为__exit__方法，yield的返回值即__enter__方法的返回值，用于赋给as后的变量。
下面我们通过contextmanager装饰器也实现一个关于文件的上下文管理器：
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def open_file(filename, mode):
print('进入')
f = open(filename, mode)
try:
yield f
finally:
print('退出')
f.close()说明：这里使用 try/finally 是确保yield的过程中就算出现异常，文件也能正常关闭，当然这里也能处理异常，使用 try/except/finally 即可。
通过with语句执行：
with open_file('file.txt', 'w') as f:
print("正在写入...")
f.write('Hello')执行结果跟之前的上下文管理器执行结果一致，说明contextmanager装饰器也能定义一个上下文管理器。
之前写过一篇文章阐述了装饰器的原理，现在也知道了上下文管理器就是内部实现了__enter__和__exit__方法的对象，所以有兴趣的同学就可以去看看contextmanager装饰器的源码了，看看它是怎么把一个生成器变成上下文管理器的，其实稍微想想就知道，肯定是contextmanager装饰器把生成器加工成一个内部实现了__enter__和__exit__方法的对象，有时间的话另写一篇文章带大家看看contextmanager的源码。
六、总结
- with语句是try/finally语句的替代，简化了资源调用之后的清理工作
- with语句的操作对象是上下文管理器，它是内部实现了
__enter__和__exit__方法的对象 __enter__方法可以带返回值，它通过with…as…语句中的as赋给它后面的变量；__exit__可返回布尔值，如果为False，异常会被抛出，用户需要进行异常处理，如果为True，则表示忽略该异常- Python还提供了contextmanager装饰器，进一步简化了上下文管理器的定义方法，它通过把生成器加工成一个内部实现了
enter__`和`__exit方法的对象，从而实现生成器变上下文管理器