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【Python】with语句原理

发表于 分类于 本文字数： 2k

在我们使用Python的时候，常使用到如下的代码块:

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# 文件读取
with open(file, 'r') as f:
    # CODE BLOCK #

# 梯度计算
with tf.GradientTape() as g:
    # CODE BLOCK #

在很多场景中，使用with语句来可以让我们可以更好地来管理资源和简化代码，它可以看做是对try/finally模式的简化。它原理上是利用了上下文管理器，下文简要介绍将对其执行原理和自定义的方法。

上下文管理器概念

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，这种对象必须实现 __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。

  • __enter__()
    • with语句执行时，先获取上下文管理器对象，随后调用其 __enter__()
    • 若有 as var 语句，则将返回值赋给变量var
    • 可以返回上下文管理器对象本身，也可以是其他相关对象
  • __exit__()
    • 带有三个参数 exc_type, exc_val, exc_tb
    • 若上下文管理器对象执行无异常，则三个参数均为 None
    • 若发生异常，则三个参数分别为 异常类型，异常值和tracback信息

with语句执行过程

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#   EXP: 表达式
#   VAR: 变量名，[as VAR][可选]
# BlOCK: 代码块

with EXP as VAR:
    BLOCK

  1. 执行代码时，先执行 EXPR 语句，生成上下文管理器对象 context_manager；
  2. 获取上下文管理器的 __exit()__ 方法，并保存起来用于之后的调用；
  3. 调用上下文管理器的 __enter__() 方法，且可将返回值赋给as语句变量；
  4. 执行BLOCK中的表达式；
  5. 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， 执行“清理”工作，如释放资源等。
    1. 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) ；
    2. 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) ；
  6. 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

  • 它使代码更简练，可以简化try/finally模式
  • 当代码异常产生时，__exit__() 会执行清理工作
  • 可以对软件系统中的资源进行管理，比如数据库连接、共享资源的访问控制等
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# coding = utf-8

# 上下文管理器类
class TestWith(object):
    def __init__(self):
        pass

    def __enter__(self):
        """进入with语句的时候被调用
           并将返回值赋给as语句的变量名
        """
        print('__enter__')
        return "var"

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        """离开with的时候被with调用"""
        print('__exit__')
        return True


# with后面必须跟一个上下文管理器
# 如果使用了as，则是把上下文管理器的 __enter__() 方法的返回值赋值给 target
# target 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“()”）
if __name__ = 'main':
    with TestWith() as var:
        print(var)


# 运行结果
'''
__enter__
var
__exit__
'''

本例仅对应代码正常执行的流程，其他特殊情况不再一一列举，有兴趣可单独实验。

参考

浅谈 Python 的 with 语句
Python中with用法详解
Python中with使用

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