Python 中的with关键字使用详解
在 Python 2.5 中， with 关键字被加入。它将常用的 try ... except ... finally ... 模式很方便的被复用。看一个最经典的例子：
with open('file.txt') as f:
content = f.read()
在这段代码中，无论 with 中的代码块在执行的过程中发生任何情况，文件最终都会被关闭。如果代码块在执行的过程中发生了一个异常，那么在这个异常被抛出前，程序会先将被打开的文件关闭。
再看另外一个例子。
在发起一个数据库事务请求的时候，经常会用类似这样的代码：
db.begin() try: # do some actions except: db.rollback() raise finally: db.commit()
如果将发起事务请求的操作变成可以支持 with 关键字的，那么用像这样的代码就可以了：
with transaction(db): # do some actions
下面，详细的说明一下 with 的执行过程，并用两种常用的方式实现上面的代码。
with 的一般执行过程
一段基本的 with 表达式，其结构是这样的：
with EXPR as VAR: BLOCK
其中： EXPR 可以是任意表达式； as VAR 是可选的。其一般的执行过程是这样的：
- 计算 EXPR ，并获取一个上下文管理器。
- 上下文管理器的 __exit()__ 方法被保存起来用于之后的调用。
- 调用上下文管理器的 __enter()__ 方法。
- 如果 with 表达式包含 as VAR ，那么 EXPR 的返回值被赋值给 VAR 。
- 执行 BLOCK 中的表达式。
- 调用上下文管理器的 __exit()__ 方法。如果 BLOCK 的执行过程中发生了一个异常导致程序退出，那么异常的 type 、 value 和 traceback (即 sys.exc_info()的返回值 )将作为参数传递给 __exit()__ 方法。否则，将传递三个 None 。
将这个过程用代码表示，是这样的：
mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__ # 这里没有执行
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True
try:
try:
VAR = value # 如果有 as VAR
BLOCK
except:
exc = False
if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
raise
finally:
if exc:
exit(mgr, None, None, None)
这个过程有几个细节：
如果上下文管理器中没有 __enter()__ 或者 __exit()__ 中的任意一个方法，那么解释器会抛出一个 AttributeError 。
在 BLOCK 中发生异常后，如果 __exit()__ 方法返回一个可被看成是 True 的值，那么这个异常就不会被抛出，后面的代码会继续执行。
接下来，用两种方法来实现上面来实现上面的过程的吧。
实现上下文管理器类
第一种方法是实现一个类，其含有一个实例属性 db 和上下文管理器所需要的方法 __enter()__ 和 __exit()__ 。
class transaction(object):
def __init__(self, db):
self.db = db
def __enter__(self):
self.db.begin()
def __exit__(self, type, value, traceback):
if type is None:
db.commit()
else:
db.rollback()
了解 with 的执行过程后，这个实现方式是很容易理解的。下面介绍的实现方式，其原理理解起来要复杂很多。
使用生成器装饰器
在Python的标准库中，有一个装饰器可以通过生成器获取上下文管理器。使用生成器装饰器的实现过程如下：
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def transaction(db):
db.begin()
try:
yield db
except:
db.rollback()
raise
else:
db.commit()
第一眼上看去，这种实现方式更为简单，但是其机制更为复杂。看一下其执行过程吧：
- Python解释器识别到 yield 关键字后， def 会创建一个生成器函数替代常规的函数（在类定义之外我喜欢用函数代替方法）。
- 装饰器 contextmanager 被调用并返回一个帮助方法，这个帮助函数在被调用后会生成一个 GeneratorContextManager 实例。最终 with 表达式中的 EXPR 调用的是由 contentmanager 装饰器返回的帮助函数。
- with 表达式调用 transaction(db) ，实际上是调用帮助函数。帮助函数调用生成器函数，生成器函数创建一个生成器。
- 帮助函数将这个生成器传递给 GeneratorContextManager ，并创建一个 GeneratorContextManager 的实例对象作为上下文管理器。
- with 表达式调用实例对象的上下文管理器的 __enter()__ 方法。
- __enter()__ 方法中会调用这个生成器的 next() 方法。这时候，生成器方法会执行到 yield db 处停止，并将 db 作为 next() 的返回值。如果有 as VAR ，那么它将会被赋值给 VAR 。
- with 中的 BLOCK 被执行。
- BLOCK 执行结束后，调用上下文管理器的 __exit()__ 方法。 __exit()__ 方法会再次调用生成器的 next() 方法。如果发生 StopIteration 异常，则 pass 。
- 如果没有发生异常生成器方法将会执行 db.commit() ，否则会执行 db.rollback() 。
再次看看上述过程的代码大致实现：
def contextmanager(func):
def helper(*args, **kwargs):
return GeneratorContextManager(func(*args, **kwargs))
return helper
class GeneratorContextManager(object):
def __init__(self, gen):
self.gen = gen
def __enter__(self):
try:
return self.gen.next()
except StopIteration:
raise RuntimeError("generator didn't yield")
def __exit__(self, type, value, traceback):
if type is None:
try:
self.gen.next()
except StopIteration:
pass
else:
raise RuntimeError("generator didn't stop")
else:
try:
self.gen.throw(type, value, traceback)
raise RuntimeError("generator didn't stop after throw()")
except StopIteration:
return True
except:
if sys.exc_info()[1] is not value:
raise
总结
Python的 with 表达式包含了很多Python特性。花点时间吃透 with 是一件非常值得的事情。
一些其他的例子
锁机制
@contextmanager
def locked(lock):
lock.acquired()
try:
yield
finally:
lock.release()
标准输出重定向
@contextmanager
def stdout_redirect(new_stdout):
old_stdout = sys.stdout
sys.stdout = new_stdout
try:
yield
finally:
sys.stdout = old_stdout
with open("file.txt", "w") as f:
with stdout_redirect(f):
print "hello world"
参考资料
The Python “with” Statement by Example
PEP 343
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