Python分享之上下文管理器

上下文管理器(context manager)是Python2.5开始支持的一种语法，用于规定某个对象的使用范围。一旦进入或者离开该使用范围，会有特殊操作被调用 (比如为对象分配或者释放内存)。它的语法形式是with...as...

关闭文件
我们会进行这样的操作：打开文件，读写，关闭文件。程序员经常会忘记关闭文件。上下文管理器可以在不需要文件的时候，自动关闭文件。

下面我们看一下两段程序：

# without context manager
f = open("new.txt", "w")
print(f.closed)               # whether the file is open
f.write("Hello World!")
f.close()
print(f.closed)

以及：

# with context manager
with open("new.txt", "w") as f:
    print(f.closed)
    f.write("Hello World!")
print(f.closed)

两段程序实际上执行的是相同的操作。我们的第二段程序就使用了上下文管理器 (with...as...)。上下文管理器有隶属于它的程序块。当隶属的程序块执行结束的时候(也就是不再缩进)，上下文管理器自动关闭了文件 (我们通过f.closed来查询文件是否关闭)。我们相当于使用缩进规定了文件对象f的使用范围。

上面的上下文管理器基于f对象的__exit__()特殊方法(还记得我们如何利用特殊方法来实现各种语法？参看特殊方法与多范式)。当我们使用上下文管理器的语法时，我们实际上要求Python在进入程序块之前调用对象的__enter__()方法，在结束程序块的时候调用__exit__()方法。对于文件对象f来说，它定义了__enter__()和__exit__()方法(可以通过dir(f)看到)。在f的__exit__()方法中，有self.close()语句。所以在使用上下文管理器时，我们就不用明文关闭f文件了。

自定义
任何定义了__enter__()和__exit__()方法的对象都可以用于上下文管理器。文件对象f是内置对象，所以f自动带有这两个特殊方法，不需要自定义。

下面，我们自定义用于上下文管理器的对象，就是下面的myvow：

# customized object

class VOW(object):
    def __init__(self, text):
        self.text = text
    def __enter__(self):
        self.text = "I say: " + self.text    # add prefix
        return self                          # note: return an object
    def __exit__(self,exc_type,exc_value,traceback):
        self.text = self.text + "!"          # add suffix


with VOW("I'm fine") as myvow:
    print(myvow.text)

print(myvow.text)

我们的运行结果如下:

I say: I'm fine
I say: I'm fine!

我们可以看到，在进入上下文和离开上下文时，对象的text属性发生了改变(最初的text属性是"I'm fine")。

__enter__()返回一个对象。上下文管理器会使用这一对象作为as所指的变量，也就是myvow。在__enter__()中，我们为myvow.text增加了前缀 ("I say: ")。在__exit__()中，我们为myvow.text增加了后缀("!")。

注意: __exit__()中有四个参数。当程序块中出现异常(exception)，__exit__()的参数中exc_type, exc_value, traceback用于描述异常。我们可以根据这三个参数进行相应的处理。如果正常运行结束，这三个参数都是None。在我们的程序中，我们并没有用到这一特性。

总结：
通过上下文管理器，我们控制对象在程序不同区间的特性。上下文管理器(with EXPR as VAR)大致相当于如下流程:

# with EXPR as VAR:

VAR = EXPR
VAR = VAR.__enter__()
try:
    BLOCK
finally:
    VAR.__exit__()

由于上下文管理器带来的便利，它是一个值得使用的工具。