浅谈 Python 的 with 语句
引言
with 语句是从 Python 2.5 开始引入的一种与异常处理相关的功能（2.5 版本中要通过 from __future__ import with_statement 导入后才可以使用），从 2.6 版本开始缺省可用（参考 What’s new in Python 2.6?中 with 语句相关部分介绍）。with 语句适用于对资源进行访问的场合，确保不管使用过程中是否发生异常都会执行必要的“清理”操作，释放资源，比如文件使用后自动关闭、线程中锁的自动获取和释放等。
术语
要使用 with 语句，首先要明白上下文管理器这一概念。有了上下文管理器，with 语句才能工作。
下面是一组与上下文管理器和with 语句有关的概念。
上下文管理协议（Context Management Protocol）：包含方法 __enter__() 和 __exit__()，支持
该协议的对象要实现这两个方法。
上下文管理器（Context Manager）：支持上下文管理协议的对象，这种对象实现了
__enter__() 和 __exit__() 方法。上下文管理器定义执行 with 语句时要建立的运行时上下文，
负责执行 with 语句块上下文中的进入与退出操作。通常使用 with 语句调用上下文管理器，
也可以通过直接调用其方法来使用。
运行时上下文（runtime context）：由上下文管理器创建，通过上下文管理器的 __enter__() 和
__exit__() 方法实现，__enter__() 方法在语句体执行之前进入运行时上下文，__exit__() 在
语句体执行完后从运行时上下文退出。with 语句支持运行时上下文这一概念。
上下文表达式（Context Expression）：with 语句中跟在关键字 with 之后的表达式，该表达式
要返回一个上下文管理器对象。
语句体（with-body）：with 语句包裹起来的代码块，在执行语句体之前会调用上下文管
理器的 __enter__() 方法，执行完语句体之后会执行 __exit__() 方法。
基本语法和工作原理
with 语句的语法格式如下：
清单 1. with 语句的语法格式
| 12 | with context_expression [as target(s)]: with–body |
这里 context_expression 要返回一个上下文管理器对象，该对象并不赋值给 as 子句中的 target(s) ，如果指定了 as 子句的话，会将上下文管理器的 __enter__() 方法的返回值赋值给 target(s)。target(s) 可以是单个变量，或者由“()”括起来的元组（不能是仅仅由“,”分隔的变量列表，必须加“()”）。
Python 对一些内建对象进行改进，加入了对上下文管理器的支持，可以用于 with 语句中，比如可以自动关闭文件、线程锁的自动获取和释放等。假设要对一个文件进行操作，使用 with 语句可以有如下代码：
清单 2. 使用 with 语句操作文件对象
| 1234 | with open(r\’somefileName\’) as somefile: for line in somefile: print line # …more code |
这里使用了 with 语句，不管在处理文件过程中是否发生异常，都能保证 with 语句执行完毕后已经关闭了打开的文件句柄。如果使用传统的 try/finally 范式，则要使用类似如下代码：
清单 3. try/finally 方式操作文件对象
| 1234567 | somefile = open(r\’somefileName\’) try: for line in somefile: print line # …more code finally: somefile.close() |
比较起来，使用 with 语句可以减少编码量。已经加入对上下文管理协议支持的还有模块 threading、decimal 等。
PEP 0343 对 with 语句的实现进行了描述。with 语句的执行过程类似如下代码块：
清单 4. with 语句执行过程
| 123456789101112131415161718192021 | context_manager = context_expression exit = type(context_manager).__exit__ value = type(context_manager).__enter__(context_manager) exc = True # True 表示正常执行，即便有异常也忽略；False 表示重新抛出异常，需要对异常进行处理 try: try: target = value # 如果使用了 as 子句 with–body # 执行 with-body except: # 执行过程中有异常发生 exc = False # 如果 __exit__ 返回 True，则异常被忽略；如果返回 False，则重新抛出异常 # 由外层代码对异常进行处理 if not exit(context_manager, *sys.exc_info()): raise finally: # 正常退出，或者通过 statement-body 中的 break/continue/return 语句退出 # 或者忽略异常退出 if exc: exit(context_manager, None, None, None) # 缺省返回 None，None 在布尔上下文中看做是 False |
- 执行 context_expression，生成上下文管理器 context_manager
- 调用上下文管理器的 __enter__() 方法；如果使用了 as 子句，则将 __enter__() 方法的返回值赋值给 as 子句中的 target(s)
- 执行语句体 with-body
- 不管是否执行过程中是否发生了异常，执行上下文管理器的 __exit__() 方法，__exit__() 方法负责执行“清理”工作，如释放资源等。如果执行过程中没有出现异常，或者语句体中执行了语句 break/continue/return，则以 None 作为参数调用 __exit__(None, None, None) ；如果执行过程中出现异常，则使用 sys.exc_info 得到的异常信息为参数调用 __exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback)
- 出现异常时，如果 __exit__(type, value, traceback) 返回 False，则会重新抛出异常，让with 之外的语句逻辑来处理异常，这也是通用做法；如果返回 True，则忽略异常，不再对异常进行处理
自定义上下文管理器
开发人员可以自定义支持上下文管理协议的类。自定义的上下文管理器要实现上下文管理协议所需要的 __enter__() 和 __exit__() 两个方法：
- context_manager.__enter__() ：进入上下文管理器的运行时上下文，在语句体执行前调用。with 语句将该方法的返回值赋值给 as 子句中的 target，如果指定了 as 子句的话
- context_manager.__exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback) ：退出与上下文管理器相关的运行时上下文，返回一个布尔值表示是否对发生的异常进行处理。参数表示引起退出操作的异常，如果退出时没有发生异常，则3个参数都为None。如果发生异常，返回True 表示不处理异常，否则会在退出该方法后重新抛出异常以由 with 语句之外的代码逻辑进行处理。如果该方法内部产生异常，则会取代由 statement-body 中语句产生的异常。要处理异常时，不要显示重新抛出异常，即不能重新抛出通过参数传递进来的异常，只需要将返回值设置为 False 就可以了。之后，上下文管理代码会检测是否 __exit__() 失败来处理异常
下面通过一个简单的示例来演示如何构建自定义的上下文管理器。注意，上下文管理器必须同时提供 __enter__() 和 __exit__() 方法的定义，缺少任何一个都会导致 AttributeError；with 语句会先检查是否提供了 __exit__() 方法，然后检查是否定义了 __enter__() 方法。
假设有一个资源 DummyResource，这种资源需要在访问前先分配，使用完后再释放掉；分配操作可以放到 __enter__() 方法中，释放操作可以放到 __exit__() 方法中。简单起见，这里只通过打印语句来表明当前的操作，并没有实际的资源分配与释放。
清单 5. 自定义支持 with 语句的对象
| 1234567891011121314 | class DummyResource: def __init__(self, tag): self.tag = tag print \’Resource [%s]\’ % tag def __enter__(self): print \'[Enter %s]: Ale-with-statement\”>What’s new in Python 2.6?中 with 语句相关部分介绍）。with 语句适用于对资源进行访问的场合，确保不管使用过程中是否发生异常都会执行必要的“清理”操作，释放资源，比如文件使用后自动关闭、线程中锁的自动获取和释放等。
术语要使用 with 语句，首先要明白上下文管理器这一概念。有了上下文管理器，with 语句才能工作。 下面是一组与上下文管理器和with 语句有关的概念。 上下文管理协议（Context Management Protocol）：包含方法 __enter__() 和 __exit__()，支持 该协议的对象要实现这两个方法。 上下文管理器（Context Manager）：支持上下文管理协议的对象，这种对象实现了 __enter__() 和 __exit__() 方法。上下文管理器定义执行 with 语句时要建立的运行时上下文， 负责执行 with 语句块上下文中的进入与退出操作。通常使用 with 语句调用上下文管理器， 也可以通过直接调用其方法来使用。 运行时上下文（runtime context）：由上下文管理器创建，通过上下文管理器的 __enter__() 和 __exit__() 方法实现，__enter__() 方法在语句体执行之前进入运行时上下文，__exit__() 在 语句体执行完后从运行时上下文退出。with 语句支持运行时上下文这一概念。 上下文表达式（Context Expression）：with 语句中跟在关键字 with 之后的表达式，该表达式 要返回一个上下文管理器对象。 语句体（with-body）：with 语句包裹起来的代码块，在执行语句体之前会调用上下文管 理器的 __enter__() 方法，执行完语句体之后会执行 __exit__() 方法。 基本语法和工作原理with 语句的语法格式如下： 清单 1. with 语句的语法格式
这里 context_expression 要返回一个上下文管理器对象，该对象并不赋值给 as 子句中的 target(s) ，如果指定了 as 子句的话，会将上下文管理器的 __enter__() 方法的返回值赋值给 target(s)。target(s) 可以是单个变量，或者由“()”括起来的元组（不能是仅仅由“,”分隔的变量列表，必须加“()”）。 Python 对一些内建对象进行改进，加入了对上下文管理器的支持，可以用于 with 语句中，比如可以自动关闭文件、线程锁的自动获取和释放等。假设要对一个文件进行操作，使用 with 语句可以有如下代码： 清单 2. 使用 with 语句操作文件对象
这里使用了 with 语句，不管在处理文件过程中是否发生异常，都能保证 with 语句执行完毕后已经关闭了打开的文件句柄。如果使用传统的 try/finally 范式，则要使用类似如下代码： 清单 3. try/finally 方式操作文件对象
比较起来，使用 with 语句可以减少编码量。已经加入对上下文管理协议支持的还有模块 threading、decimal 等。 PEP 0343 对 with 语句的实现进行了描述。with 语句的执行过程类似如下代码块： 清单 4. with 语句执行过程
自定义上下文管理器开发人员可以自定义支持上下文管理协议的类。自定义的上下文管理器要实现上下文管理协议所需要的 __enter__() 和 __exit__() 两个方法：
下面通过一个简单的示例来演示如何构建自定义的上下文管理器。注意，上下文管理器必须同时提供 __enter__() 和 __exit__() 方法的定义，缺少任何一个都会导致 AttributeError；with 语句会先检查是否提供了 __exit__() 方法，然后检查是否定义了 __enter__() 方法。 假设有一个资源 DummyResource，这种资源需要在访问前先分配，使用完后再释放掉；分配操作可以放到 __enter__() 方法中，释放操作可以放到 __exit__() 方法中。简单起见，这里只通过打印语句来表明当前的操作，并没有实际的资源分配与释放。 清单 5. 自定义支持 with 语句的对象
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