浅谈 Python 的 with 语句

1.WHY:

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。比较起来,使用 with 语句可以减少编码量。

2.WHAT

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。

 

3.HOW

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
    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
    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
    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
    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
  1. 执行 context_expression,生成上下文管理器 context_manager
  2. 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)
  3. 执行语句体 with-body
  4. 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)
  5. 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

转载:https://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-pythonwith/index.html

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