python上下文管理器及with语句

with语句支持在一个叫上下文管理器的对象的控制下执行一系列语句，语法大概如下：

with context as var：
    statements

其中的context必须是个上下文管理器，它实现了两个方法__enter__，__exit__。

1.需求是怎么产生的

在正常的管理各种系统资源(文件、锁定和连接)，在涉及到异常时通常是个棘手的问题。异常很可能导致控制流跳过负责释放关键资源的语句。

看一段简单的文件写入代码：

filename = 'my_file.txt'
f = open(filename,'w')
f.write('Hello ')
f.write('World')
f.close()

如果发生了意外的情况，例如写入'World'时磁盘空间不足，就会抛出异常，那么close()语句将不会被执行。

一般的解决方案是使用try-finally语句：

try:
    filename = 'my_file.txt'
    f = open(filename,'w')
    f.write('Hello ')
    f.write('World')
finally:
    f.close()

但随着语句的增多，try-finally显然不够简洁，用with-as语句可以很简洁的实现以上功能：

with open('my_file','w') as f:
    f.write('Hello ')
    f.write('World')

这样不仅能处理出现异常的情况，而且还避免了在open一个文件后忘记了写close()方法的情况。

线程中的锁其实也实现了上下文管理协议：

import threading
with threading.Lock():
    # 关键部分
    statements
    # 关键部分结束

再也不怕忘记将锁释放了。

2.上下文管理器的实现

上下文管理器要实现__enter__和__exit__的特殊方法。

__enter__(self)： 进入上下文管理器时调用此方法，其返回值将被放入with-as语句中as说明符指定的变量中。

__exit__(self,type,value,tb):离开上下文管理器调用此方法。如果有异常出现，type、value、tb分别为异常的类型、值和追踪信息。如果没有异常，

3个参数均设为None。此方法返回值为True或者False，分别指示被引发的异常得到了还是没有得到处理。如果返回False，引发的异常会被传递出上下文。

文件上下文管理协议大概是如下实现的：

class OpenFile(object):
    def __init__(self,filename,mode):
        self.filename=filename
        self.mode=mode
    def __enter__(self):
        self.f=open(self.filename,self.mode)
        return self.f  #作为as说明符指定的变量的值
    def __exit__(self,type,value,tb):
        self.f.close()
        return False   #异常会被传递出上下文
with OpenFile('my_file.txt','w') as f:
    f.write('Hello ')
    f.write('World')

　　相当于

try ：
    执行__enter__的内容
finally：
    执行__exit__的内容

3.异常的处理 

__exit__函数就能够拿到关于异常的所有信息(异常类型，异常值以及异常追踪信息)，这些信息将帮助异常处理操作。

class ListTrans(object):
    def __init__(self,alist):
        self.alist=alist
    def __enter__(self):
        self.thecopy=list(self.alist)
        return self.thecopy
    def __exit__(self,exc_type,value,tb):
        if exc_type is None:
            self.alist[:]=self.thecopy
        return False

没有异常发生时：

alist=[]
with ListTrans(alist) as working:
    working.append(1)
    working.append(2)
print alist

生成：

[1, 2]

有异常发生时：

alist=[]
with ListTrans(alist) as working:
    working.append(1)
    working.append(2)
    raise RuntimeError('we are hosed')
print alist

生成：

RuntimeError: we are hosed

alist无变化。

可以捕捉异常：

alist=[]
try:
    with ListTrans(alist) as working:
        working.append(1)
        working.append(2)
        raise RuntimeError('we are hosed')
except RuntimeError as e:
    print e
print alist

生成：

we are hosed
[]

当然，也可以简单的将__exit__的返回值设为True来忽略异常。

4.contextmanager装饰器

@contextmanager

contextlib模块的contextmanager装饰器可以更方便的实现上下文管理器。

任何能够被yield关键词分割成两部分的函数，都能够通过装饰器装饰的上下文管理器来实现。任何在yield之前的内容都可以看做在代码块执行前的操作，

而任何yield之后的操作都可以放在exit函数中。

from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def listTrans(alist):
    thecopy=list(alist)
    yield thecopy
    alist[:]=thecopy
alist=[]
with listTrans(alist) as working:
    working.append(1)
    working.append(2)
print alist

yield返回的值相当于__enter__的返回值。

要注意的是，这不是异常安全的写法，也就是说，当出现异常时，yield后的语句是不会执行的，想要异常安全，可用try捕捉异常：

from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def listTrans(alist):
    thecopy=list(alist)
    try:
        yield thecopy
    except RuntimeError:
        pass
    alist[:]=thecopy
alist=[]
with listTrans(alist) as working:
    working.append(1)
    working.append(2)
    raise RuntimeError

nested与closing

contextlib模块还有两个好玩的方法：nested，closing。

nested：用来更方便的减少嵌套写法：

当要嵌套的写上下文管理器时：

with open('toReadFile', 'r') as reader:
    with open('toWriteFile', 'w') as writer:
        writer.writer(reader.read())

可以用nested简化写法：

with contextlib.nested(open('fileToRead.txt', 'r'),
                       open('fileToWrite.txt', 'w')) as (reader, writer):
    writer.write(reader.read())

python2.7后nested就过时了：

with open('fileToRead.txt', 'r') as reader,open('fileToWrite.txt', 'w') as writer:
        writer.write(reader.read())

closing(object):创建上下文管理器，在执行过程离开with语句时自动执行object.close()：

class Door(object) :
    def open(self) :
        print 'Door is opened'
    def close(self) :
        print 'Door is closed'
with contextlib.closing(Door()) as door :
    door.open()