深入理解Python上下文管理器

• 1. 什么是上下文管理器？
• 2. with语句的魔法
• 3. 创建上下文管理器的两种方式
  • 3.1 基于类的实现
  • 3.2 使用contextlib模块
• 4. 异常处理

1. 什么是上下文管理器？

上下文管理器（Context Manager）是Python中用于精确分配和释放资源的机制。它通过__enter__()和__exit__()两个魔术方法实现了上下文管理协议，确保即使在代码执行出错的情况下，资源也能被正确清理。

# 经典文件操作对比
# 传统方式
f = open("data.txt")
try:
    content = f.read()
finally:
    f.close()

# 上下文管理器方式
with open("data.txt") as f:
    content = f.read()

典型应用场景包括：

• 文件操作（自动关闭）
• 数据库连接（自动归还连接池）
• 线程锁（自动释放）
• 临时修改配置（自动恢复）

2. with语句的魔法

with语句是上下文管理器的语法载体，其工作原理如下：

class FileHandler:
    def __enter__(self):
        """进入上下文时调用，返回资源对象"""
        print("打开文件")
        return self
    
    def __exit__(self, *args):
         """退出上下文时调用，处理清理和异常"""
        print("关闭文件")

with FileHandler() as f:
    print("写入文件")

等价于 →

1. context = FileHandler()
2. f = context.enter()
3. 执行代码块
4. context.exit(异常信息)

输出顺序 →
打开文件
写入文件
关闭文件

3. 创建上下文管理器的两种方式

3.1 基于类的实现

class FileManager:
    def __init__(self, filename, mode):
        self.filename = filename
        self.mode = mode
        self.file = None

    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, self.mode)
        return self.file

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if self.file:
            self.file.close()
        # 返回True表示已处理异常
        return False  

# 使用示例
with FileManager("test.txt", "w") as f:
    f.write("Hello Context Manager!")

3.2 使用contextlib模块

对于简单的场景，可以使用生成器+装饰器的简洁写法：

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def simple_context():
    print("进入上下文")  # 相当于 __enter__
    try:
        yield "返回资源"  # 此处为 as 后的变量
    finally:
        print("退出上下文")  # 相当于 __exit__

# 使用
with simple_context() as value:
    print(f"获取到: {value}")  # 输出：获取到: 返回资源

执行流程

1. 执行 yield 之前的代码（资源分配）
2. 将 yield 的值传递给 as 后的变量
3. 执行代码块
4. 执行 yield 之后的代码（资源释放）

4. 异常处理

__exit__方法的三个参数专门处理异常：

exc_type: 异常类型
exc_value: 异常值
traceback: 调用栈信息

返回 True 表示已处理异常，阻止传播
返回 False 或 None 则允许异常向上抛出
正确处理异常：在__exit__中根据异常类型决定处理逻辑

class SafeExecutor:
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, traceback):
        if exc_type is None:
            print("正常退出")
            return False
        
        if issubclass(exc_type, (IOError, ValueError)): #当发生的异常类型是 IOError 或 ValueError 或其子类时，执行特定处理逻辑。
            print(f"已处理预期异常: {exc_val}")
            return True  # 阻止异常传播
            
        print(f"未处理异常: {exc_val}")
        return False  # 继续传播

# 使用示例
with SafeExecutor():
    choice = random.choice([0,1])
    if choice:
        raise ValueError("测试值错误")
    else:
        raise Exception("未预期异常")