Python学习8：上下文管理器(context manager)
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。
紧跟with后面的语句被求值后，返回对象的__enter__()方法被调用，这个方法的返回值将被赋值给as后面的变量。当with后面的代码块全部被执行完之后，将调用前面返回对象的__exit__()方法。
下面，我们自定义用于上下文管理器的对象:
class Sample:
def __enter__(self):
print "In __enter__()"
return "Foo"
def __exit__(self, type, value, trace):
print "In __exit__()"
def get_sample():
return Sample()
with get_sample() as sample:
print "sample:", sample
运行结果如下:
In __enter__()
sample: Foo
In __exit__()
1. __enter__()方法被执行
2. __enter__()方法返回的值 - 这个例子中是"Foo"，赋值给变量'sample'
3. 执行代码块，打印变量"sample"的值为 "Foo"
4. __exit__()方法被调用
with真正强大之处是它可以处理异常。可能你已经注意到Sample类的__exit__方法有三个参数- val, type 和 trace。 这些参数在异常处理中相当有用。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。我们来改一下代码，看看具体如何工作的。
class Sample:
def __enter__(self):
return self
def __exit__(self, type, value, trace):
print "type:", type
print "value:", value
print "trace:", trace
def do_something(self):
bar = 1/0
return bar + 10
with Sample() as sample:
sample.do_something()
这个例子中，with后面的get_sample()变成了Sample()。这没有任何关系，只要紧跟with后面的语句所返回的对象有__enter__()和__exit__()方法即可。此例中，Sample()的__enter__()方法返回新创建的Sample对象，并赋值给变量sample。代码执行后：
type: <type 'exceptions.ZeroDivisionError'>
value: integer division or modulo by zero
trace: <traceback object at 0x1004a8128>
Traceback (most recent call last):
File "./with_example02.py", line 19, in <module>
sample.do_something()
File "./with_example02.py", line 15, in do_something
bar = 1/0
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
实际上，在with后面的代码块抛出任何异常时，__exit__()方法被执行。正如例子所示，异常抛出时，与之关联的type，value和stack trace传给__exit__()方法，因此抛出的ZeroDivisionError异常被打印出来了。开发库时，清理资源，关闭文件等等操作，都可以放在__exit__方法当中。因此，Python的with语句是提供一个有效的机制，让代码更简练，同时在异常产生时，清理工作更简单。
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。