Python中的with語句與上下文管理器學習總結

更新時間：2016年06月28日 16:19:11 作者：指尖跳動的精靈

在Python中作為上下文管理器的對象可以使用with語句,提供上下文管理器的contextlib模塊的使用則是Python編程中的高級技巧,下面我們就來詳細整理一下Python中的with語句與上下文管理器學習總結:

0、關于上下文管理器
上下文管理器是可以在with語句中使用，擁有__enter__和__exit__方法的對象。

with manager as var:
  do_something(var)

相當于以下情況的簡化：

var = manager.__enter__()
try:
  do_something(var)
finally:
  manager.__exit__()

換言之，PEP 343中定義的上下文管理器協(xié)議允許將無聊的try...except...finally結構抽象到一個單獨的類中，僅僅留下關注的do_something部分。

__enter__方法首先被調(diào)用。它可以返回賦給var的值。as部分是可選的：如果它不出現(xiàn)，enter的返回值簡單地被忽略。
with語句下的代碼被執(zhí)行。就像try子句，它們或者成功執(zhí)行到底，或者break，continue或return，或者可以拋出異常。無論哪種情況，該塊結束后，__exit__方法被調(diào)用。如果拋出異常，異常信息被傳遞給__exit__，這將在下一章節(jié)討論。通常情況下，異?？杀缓雎?，就像在finally子句中一樣，并且將在__exit__結束后重新拋出。
比如說我們想確認一個文件在完成寫操作之后被立即關閉：

>>> class closing(object):
...  def __init__(self, obj):
...   self.obj = obj
...  def __enter__(self):
...   return self.obj
...  def __exit__(self, *args):
...   self.obj.close()
>>> with closing(open('/tmp/file', 'w')) as f:
...  f.write('the contents\n')

這里我們確保了當with塊退出時調(diào)用了f.close()。因為關閉文件是非常常見的操作，該支持已經(jīng)出現(xiàn)在file類之中。它有一個__exit__方法調(diào)用close，并且本身可作為上下文管理器。

>>> with open('/tmp/file', 'a') as f:
...  f.write('more contents\n')

try...finally常見的用法是釋放資源。各種不同的情況實現(xiàn)相似：在__enter__階段資源被獲得，在__exit__階段釋放，如果拋出異常也被傳遞。正如文件操作，往往這是對象使用后的自然操作，內(nèi)置支持使之很方便。每一個版本，Python都在更多的地方提供支持。

1、如何使用上下文管理器：

如何打開一個文件，并寫入"hello world"

filename="my.txt"
mode="w"
writer=open(filename,mode)
writer.write("hello world")
writer.close()

當發(fā)生異常時（如磁盤寫滿），就沒有機會執(zhí)行第5行。當然，我們可以采用try-finally語句塊進行包裝：

writer=open(filename,mode)
try:
  writer.write("hello world")
finally:
  writer.close()

當我們進行復雜的操作時，try-finally語句就會變得丑陋，采用with語句重寫：

with open(filename,mode) as writer:
  writer.write("hello world")

as指代了從open()函數(shù)返回的內(nèi)容，并把它賦給了新值。with完成了try-finally的任務。

2、自定義上下文管理器

with語句的作用類似于try-finally，提供一種上下文機制。要應用with語句的類，其內(nèi)部必須提供兩個內(nèi)置函數(shù)__enter__和__exit__。前者在主體代碼執(zhí)行前執(zhí)行，后者在主體代碼執(zhí)行后執(zhí)行。as后面的變量，是在__enter__函數(shù)中返回的。

class echo():
  def output(self):
    print "hello world"
  def __enter__(self):
    print "enter"
    return self #可以返回任何希望返回的東西
  def __exit__(self,exception_type,value,trackback):
    print "exit"
    if exception_type==ValueError:
      return True
    else:
      return Flase
 
>>>with echo as e:
  e.output()

輸出：

enter
hello world
exit

完備的__exit__函數(shù)如下：

def __exit__(self,exc_type,exc_value,exc_tb)

其中，exc_type:異常類型；exc_value:異常值；exc_tb:異常追蹤信息

當__exit__返回True時，異常不傳播

3、contextlib模塊

contextlib模塊的作用是提供更易用的上下文管理器，它是通過Generator實現(xiàn)的。contextlib中的contextmanager作為裝飾器來提供一種針對函數(shù)級別的上下文管理機制，常用框架如下：

from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def make_context():
  print 'enter'
  try:
    yield "ok"
  except RuntimeError,err:
    print 'error',err
  finally:
    print 'exit'
    
>>>with make_context() as value:
  print value

輸出為：

  enter
  ok
  exit

其中，yield寫入try-finally中是為了保證異常安全（能處理異常）as后的變量的值是由yield返回。yield前面的語句可看作代碼塊執(zhí)行前操作，yield之后的操作可以看作在__exit__函數(shù)中的操作。

以線程鎖為例：

@contextlib.contextmanager
def loudLock():
  print 'Locking'
  lock.acquire()
  yield
  print 'Releasing'
  lock.release()
 
with loudLock():
  print 'Lock is locked: %s' % lock.locked()
  print 'Doing something that needs locking'
 
#Output:
#Locking
#Lock is locked: True
#Doing something that needs locking
#Releasing

4、contextlib.nested:減少嵌套

對于：

with open(filename,mode) as reader:
  with open(filename1,mode1) as writer:
    writer.write(reader.read())

可以通過contextlib.nested進行簡化：

with contextlib.nested(open(filename,mode),open(filename1,mode1)) as (reader,writer):
  writer.write(reader.read())

在python 2.7及以后，被一種新的語法取代：

with open(filename,mode) as reader,open(filename1,mode1) as writer:
  writer.write(reader.read())

5、contextlib.closing()

file類直接支持上下文管理器API，但有些表示打開句柄的對象并不支持，如urllib.urlopen()返回的對象。還有些遺留類，使用close()方法而不支持上下文管理器API。為了確保關閉句柄，需要使用closing()為它創(chuàng)建一個上下文管理器（調(diào)用類的close方法）。

import contextlib
class myclass():
  def __init__(self):
    print '__init__'
  def close(self):
    print 'close()'
   
with contextlib.closing(myclass()):
  print 'ok'

輸出：