python 中 with 关键字

发表于 2016-09-20 分类于 technologies 阅读次数： Disqus：

with 关键字

在 python 关于 with 关键字，中我们一般会这样写。

1 2	with open('file.txt', 'w') as f: f.write('hello world!')

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。

with 关键字一般执行过程

一段基本的 with 表达式其结构是这样的：

1 2	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。

实现上下文管理器类

实现一个类

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()

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()

contextmanager 实现

详解

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函数，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()。

代码实现

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

一些例子

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"