Python with语句与上下文管理器详解

Python with语句基础与资源管理

Python中的with语句主要用于资源访问场景，确保无论处理过程中是否发生错误或异常，都会执行规定的__exit__（清理）操作，从而释放被访问的资源。常见的应用场景包括文件读写后自动关闭、线程中锁的自动获取与释放等。

理解with语句涉及几个核心概念：上下文管理协议、上下文管理器、运行时上下文、上下文表达式以及处理资源的代码段。

with语句的应用场景

with语句的应用场景

编程中存在大量配套使用的操作，这类流程可称为计算过程。Python语言为此专门设计了with语句结构。文件处理便是此类计算过程的典型代表。

使用with语句前后的代码对比

使用with语句前后对比

在未使用with语句之前，打开文件的常规写法如下：

try:
 # 1. [进入]
 f = open('a.txt', 'r', encoding="utf-8")
 # 2. [执行]
 print(f.read())
finally:
 if f:
  # 3. [退出]
  f.close()

Python操作文件通常遵循以下三个步骤：

1. [进入]以只读方式打开文件

若文件不存在，open()函数将抛出IOError错误，并提供错误码及详细信息提示文件缺失。

2. [执行]读取文件内容

若文件打开成功，调用read()方法可一次性读取全部内容。Python将内容加载至内存，并以str对象形式表示。

3. [退出]关闭打开的文件

文件使用完毕后必须关闭，因为文件对象会占用操作系统资源，且操作系统同时能打开的文件数量有限。

思考：为何关闭文件操作必须放在finally语句中？

由于文件读写时可能产生IOError，一旦出错，后续的f.close()便不会执行。因此，为确保无论是否出错都能正确关闭文件，可使用try ... finally结构来实现。

发现共性：

我们发现这类过程化语句具有共性：在进入一个片段前时必须执行某种操作，处理工作后后需要执行结束操作。例如上述代码：

finally:
 if f:
  f.close()

即可进行封装处理。

使用with语句后，打开文件的方式变为：

with open("a.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
 print(f.read())

该with语句与前述try ... finally结构功能一致，但代码更为简洁，且无需显式调用f.close()方法。

with语句的执行原理与上下文管理器

with语句的执行原理

从解释器角度理解with语句的执行流程。

with语句的基本形式为：

with 表达式 as 变量：
 语句块

此类代码称为一个上下文（context）。执行with语句时，解释器先计算表达式的值，该值（对象）为上下文管理器，并假设该对象拥有如下类构造方法：

def __enter__():
  # 描述进入上下文的动作
  pass

 def __exit__():
  # 描述退出上下文的动作
  pass

with语句在获取上下文管理器对象后，自动执行进入方法，并将返回值赋值给as后的变量，随后执行语句块。退出上下文前，自动执行对象的退出方法。

Python系统及标准库中部分类型已定义这对操作，可直接用于with语句。例如文件对象直接支持此对操作，因此可置于with语句头部。

若你有类似的计算过程需抽取，可自定义类并包含进入与退出方法。

使用contextlib自定义上下文管理器

自定义open函数

实际实现中发现，使用装饰器和生成器即可很好地解决该问题，无需通过类构造方法实现：

import contextlib # 引入上下文管理包

@contextlib.contextmanager # 给函数引入装饰器
def myopen(dir, mode):
 print("开始")
 f = open(dir, mode, encoding='utf-8')
 try: # 上文
  yield f
 finally: # 下文
  print("结束")
  f.close()

with myopen("a.txt", 'r') as fobj: # 把try中的yield中的f赋值给fobj
 # with会将with后面的函数中的yield赋值给fobj
 for i in fobj:
  print(i)
  # 等待上面的循环结束后,才最终执行finally的代码，所以这就是上下文管理

输出结果如下：

开始
hello，我是a.txt的第1行文字。
结束

with语句总结与最佳实践

总结

文件读写、使用pickle包进行数据存储与恢复等操作，均非常适合使用with语句。

pickle包的使用案例：

try:
 with open("phone.pickle", "wb") as outf:
  pickle.dump("13193388105", outf)
except:
 print("file have errow.")


try:
 with open("phone.pickle", "rb") as outf:
  data = pickle.load(outf)
  print(type(data))
  print(data)
except:
 print("file have errow.")

总结使用with语句的优点：

• 采用with语句的代码更加简洁。
• 避免因忘记调用f.close()而引发的错误。
• 若对象操作包含进入与退出过程，可将其抽取并实现自动化执行。

总结

以上介绍了Python with语句及过程抽取思想，希望能对大家有所帮助。如有任何疑问，请留言，小编会及时回复。感谢大家对本站的支持！若觉得本文对你有帮助，欢迎转载，烦请注明出处，谢谢！