python 上下文管理器及自定义原理解析

这篇文章主要介绍了python 上下文管理器原理解析,文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下

Python 提供了 with 语法用于简化资源操作的后续清除操作，是 try/finally 的替代方法，实现原理建立在上下文管理器之上。

Python 提供了一个 contextmanager 装饰器，更进一步简化上下管理器的实现方式。

上下文管理器是Python2.5之后才出现的概念。上下文管理器规定了某个对象的使用范围，当进入或者离开了使用范围，都会有相应的一些调用，比如代码块开始时执行一些准备，代码块结束时结束一些操作。它更多的是用于资源的分配和释放上，即在开始时分配资源，结束时释放一些资源。比如在执行数据库查询时要建立连接，查询结束后要释放连接；写文件时要先打开文件，写结束后，要关闭文件等等。还有，就是资源的加锁和解锁，比如在使用多线程时，可能会用到加锁和解锁。

上下文管理器可以通过使用更可读、更精简的代码实现资源的分配与释放。
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with的使用

对于上下文管理器的使用，最常见的是使用with语句，with语句可构建资源的分配与释放的语法糖。

因为with语句就是为支持上下文管理器而存在的，使用上下文管理协议的方法包裹一个代码块（with语句体）的执行，并为try...except...finally提供了一个方便使用的封装。

一般语法：

def load_data(filename):
  f = file(filename,'w')
  try:
   f.write('test file')
  finally:
   f.close()

使用with：

# 使用with
with open('test.txt', 'w') as f:
  f.write('Python')

通过 with 语句在编写代码时，会使代码变得更加简洁，不用再去关闭文件。

我们并不需要写文件的关闭操作，文件会在使用完后自动关闭。

with的执行原理

实际上，在文件操作时，并不是不需要写文件的关闭，而是文件的关闭操作在 with 的上下文管理器中的协议方法里已经写好了。当文件操作执行完成后， with语句会自动调用上下文管理器里的关闭语句来关闭文件资源。

上下文管理协议(context management protocol)
ContextManager ,上下文是 context 直译的叫法,在程序中用来表示代码执行过程中所处的前后环境。

上下文管理器中有 __enter__ 和 __exit__ 两个方法，以with为例子，__enter__ 方法会在执行 with 后面的语句时执行，一般用来处理操作前的内容。比如一些创建对象，初始化等；__exit__ 方法会在 with 内的代码执行完毕后执行，一般用来处理一些善后收尾工作，比如文件的关闭，数据库的关闭等。

上下文管理协议包括两个方法：

contextmanager.__enter__() 从该方法进入运行时上下文，并返回当前对象或者与运行时上下文相关的其他对象。如果with语句有as关键词存在，返回值会绑定在as后的变量上。

contextmanager.__exit__(exc_type, exc_val, exc_tb) 退出运行时上下文，并返回一个布尔值标示是否有需要处理的异常。如果在执行with语句体时发生异常，那退出时参数会包括异常类型、异常值、异常追踪信息，否则，3个参数都是None。

with语句的语法如下：

with EXPR as VAR:
  BLOCK

with和as是关键词，EXPR就是上下文表达式，是任意表达式（一个表达式，不是表达式列表），VAR是赋值的目标变量。"as VAR"是可选的。

上述语句的底层实现可以这样描述：

mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__ # 并没有调用
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True
try:
  try:
    VAR = value # 如果有"as VAR"
    BLOCK
  except:
    # 这里会处理异常
    exc = False
    if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
      raise
    # 如果__exit__返回值是false，异常将被传播；如果返回值是真，异常将被终止
finally:
  if exc:
    exit(mgr, None, None, None)

这样with语句的执行过程就很清楚了。

• 执行上下文表达式，获取上下文管理器
• 加载上下文管理器的__exit__()方法以备后期调用
• 调用上下文管理器的__enter__()方法
• 如果with语句有指定目标变量，将从__enter__()方法获取的相关对象赋值给目标变量
• 执行with语句体
• 调用上下文管理器的__exit__()方法，如果是with语句体造成的异常退出，那异常类型、异常值、异常追踪信息将被传给__exit__()，否则，3个参数都是None。

也可以将多个表达式组织在一起。

with A() as a, B() as b:
BLOCK

它等价于

with A() as a: with B() as b: BLOCK

注：多上下文表达式是从python 2.7开始支持的

自定义上下文管理器（模拟with打开文件）

要实现一个自定义的上下文管理器，肯定要实现两个方法，一是进入对象范围时的准备工作，二是离开对象范围时的结束工作。

Python提供了两个类的方法分别实现上述功能：

• __enter__ 进入对象范围时（一般代码块开始）被调用；
• __exit__ 离开对象范围时（代码块结束）呗调用；

因此，一个Python类，只要实现了上述两种方法，就可以说是一个上下文管理器。

class MyOpen(object):
  def __init__(self,path,mode):
    # 记录要操作的文件路径和模式
    self.__path = path
    self.__mode = mode
 
  def __enter__(self):
    print('代码执行到了__enter__......')
    # 打开文件
    self.__handle = open(self.__path,self.__mode)
    # 返回打开的文件对象引用, 用来给 as 后的变量f赋值
    return self.__handle
 
  # 退出方法中，用来实现善后处理工作
  def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
    print('代码执行到了__exit__......')   
    self.__handle.close()
 
# a+ 打开一个文件用于读写。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。文件打开时会是追加模式。如果该文件不存在，创建新文件用于读写。
with MyOpen('test.txt','a+') as f:
  # 创建写入文件
  f.write("Hello Python!!!")
  print("文件写入成功")

通过执行顺序，可以看到文件写入操作执行完之后，自动调用了__exit__方法，做了善后处理工作。

代码执行到了__enter__......
文件写入成功
代码执行到了__exit__......　

__exit__方法的参数

__exit__ 方法中有三个参数，用来接收处理异常，如果代码在运行时发生异常，异常会被保存到这里。

exc_type : 异常类型

exc_val : 异常值

exc_tb : 异常回溯追踪

# 编写两个数做除法的程序，然后给除数穿入0
class MyCount(object):
  # 接收两个参数
  def __init__(self,x, y):
    self.__x = x
    self.__y = y
  # 返回一个地址（实质是被as后的变量接收），实例对象就会执行MyCount中的方法:div()
  def __enter__(self):
    print('代码执行到了__enter__......')
    return self
  def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
    print("代码执行到了__exit__......")
    if exc_type == None:
      print('程序没问题')
    else:
      print('程序有问题，如果你能你看懂，问题如下：')
      print('Type: ', exc_type)
      print('Value:', exc_val)
      print('TreacBack:', exc_tb)
 
    # 返回值决定了捕获的异常是否继续向外抛出
    # 如果是 False 那么就会继续向外抛出，程序会看到系统提示的异常信息
    # 如果是 True 不会向外抛出，程序看不到系统提示信息，只能看到else中的输出
    return True
 
  def div(self):
    print("代码执行到了除法div")
    return self.__x / self.__y
with MyCount(1, 0) as mc:
  mc.div()

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持亿速云。