Python中的with语句与上下文管理器

0、关于上下文管理器
上下文管理器是可以在with语句中使用，拥有__enter__和__exit__方法的对象。

with manager as var:
  do_something(var)

相当于以下情况的简化：

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

换言之，PEP 343中定义的上下文管理器协议允许将无聊的try...except...finally结构抽象到一个单独的类中，仅仅留下关注的do_something部分。

__enter__方法首先被调用。它可以返回赋给var的值。as部分是可选的：如果它不出现，enter的返回值简单地被忽略。
with语句下的代码被执行。就像try子句，它们或者成功执行到底，或者break，continue或return，或者可以抛出异常。无论哪种情况，该块结束后，__exit__方法被调用。如果抛出异常，异常信息被传递给__exit__，这将在下一章节讨论。通常情况下，异常可被忽略，就像在finally子句中一样，并且将在__exit__结束后重新抛出。
比如说我们想确认一个文件在完成写操作之后被立即关闭：

>>> 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')

这里我们确保了当with块退出时调用了f.close()。因为关闭文件是非常常见的操作，该支持已经出现在file类之中。它有一个__exit__方法调用close，并且本身可作为上下文管理器。

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

try...finally常见的用法是释放资源。各种不同的情况实现相似：在__enter__阶段资源被获得，在__exit__阶段释放，如果抛出异常也被传递。正如文件操作，往往这是对象使用后的自然操作，内置支持使之很方便。每一个版本，Python都在更多的地方提供支持。

1、如何使用上下文管理器：

如何打开一个文件，并写入"hello world"

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

当发生异常时（如磁盘写满），就没有机会执行第5行。当然，我们可以采用try-finally语句块进行包装：

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

当我们进行复杂的操作时，try-finally语句就会变得丑陋，采用with语句重写：

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

as指代了从open()函数返回的内容，并把它赋给了新值。with完成了try-finally的任务。

2、自定义上下文管理器

with语句的作用类似于try-finally，提供一种上下文机制。要应用with语句的类，其内部必须提供两个内置函数__enter__和__exit__。前者在主体代码执行前执行，后者在主体代码执行后执行。as后面的变量，是在__enter__函数中返回的。

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东西
  def __exit__(self,exception_type,value,trackback):
    print "exit"
    if exception_type==ValueError:
      return True
    else:
      return Flase
 
>>>with echo as e:
  e.output()

输出：

enter
hello world
exit

完备的__exit__函数如下：

def __exit__(self,exc_type,exc_value,exc_tb)

其中，exc_type:异常类型；exc_value:异常值；exc_tb:异常追踪信息

当__exit__返回True时，异常不传播

3、contextlib模块

contextlib模块的作用是提供更易用的上下文管理器，它是通过Generator实现的。contextlib中的contextmanager作为装饰器来提供一种针对函数级别的上下文管理机制，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

输出为：

  enter
  ok
  exit

其中，yield写入try-finally中是为了保证异常安全（能处理异常）as后的变量的值是由yield返回。yield前面的语句可看作代码块执行前操作，yield之后的操作可以看作在__exit__函数中的操作。

以线程锁为例：

@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:减少嵌套

对于：

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

可以通过contextlib.nested进行简化：

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

在python 2.7及以后，被一种新的语法取代：

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

5、contextlib.closing()

file类直接支持上下文管理器API，但有些表示打开句柄的对象并不支持，如urllib.urlopen()返回的对象。还有些遗留类，使用close()方法而不支持上下文管理器API。为了确保关闭句柄，需要使用closing()为它创建一个上下文管理器（调用类的close方法）。

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

输出：

__init__
ok
close()

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