3.4 上下文管理器与with语句

之前在介绍文件读写的时候我们说过，当一个文件打开的时候，可能会遇到不正常关闭的问题，这样可能会影响我们读写文件。

不仅是文件，当我们处理资源的时候都可能会遇到这样的问题，这些资源包括文件、线程、数据库、网络连接等等。

写入文件时，如果文件没有被正常关闭，会导致某些内容没有来得及写入的情况。

例如，用一个循环向文件中写入数据：

当i循环到500的时候抛出了一个ZeroDivisionError，程序中断，上一行应该执行了写入“line 500”的操作。

打开这个文件，我们可能在文件结尾会看到类似如下的情况：

对于上面的情况，可以采用try块的方式，在finally中确保文件f被正确关闭：

finally能够保证f.close()正常执行。

打开文件会发现，文件的结尾保存的是正常的结果：

资源使用的问题十分常见，都使用try块处理显得不够简洁。为此，Python提供了上下文管理器的机制来解决这个问题，它通常与关键字with一起使用。

对于上面的例子，我们用with语句调用的方式为：

这与使用try块的效果相同，但是简洁了许多。

3.4.1 上下文管理器的原理

1. 基本形式和with语句

with语句的基本用法如下：

其中<expression>是一个上下文管理器。

上下文管理器（Context Manager）是一个实现了.__enter__()方法和.__exit__()方法的对象。

文件对象包含这两个方法，所以是一个合法的上下文管理器，可以用在with语句中：

在with语句中，上下文管理器的.__enter__()方法会在<statements>执行前执行，而.__exit__()方法会在<statements>执行结束后执行。

任何实现了这两种方法的对象都是一个合法的上下文管理器。不过，上下文管理器的.__exit__()方法需要接受3个额外参数（加上self是四个）。

例如，我们定义这样一个上下文管理器：

使用这个管理器：

如果<statements>在执行过程中抛出了异常，.__exit__()方法会先被执行，然后抛出异常：

2. 方法.__enter__()的返回值

为了在<statements>中使用文件对象，我们使用了as关键字的形式，将open()函数返回的文件对象赋给了f。事实上，as关键字只是将上下文管理器.__enter__()方法的返回值赋给了f，而文件对象的.__enter__()方法的返回值刚好是它本身：

我们修改TestManager的定义，将.__enter__()的返回值修改为字符串"My value!"：

然后用as关键字得到这个返回值：

返回这个上下文管理器本身是一种常用的设计：

3. 方法.__exit__()与异常处理

在定义上下文管理器时，方法.__exit__()需要接受额外的参数，这些额外参数与异常处理相关。

重新定义TestManager，将这些参数打印出来：

没有异常时：

当运行过程中抛出异常时：

当运行出现异常时，这三个参数包含的是异常的具体信息。

在上面的例子中，我们只是简单的显示了异常的值，并没有像try-except块中的except块部分一样对异常进行处理，所以异常在执行完.__exit__()方法后被继续抛出了。

如果不想让异常继续抛出，我们只需要将.__exit__()方法的返回值设为True：

3.4.2 模块contextlib

Python提供了contextlib模块来方便我们使用上下文管理器。

1.contextmanager装饰器

contextlib模块提供了装饰器contextmanager来实现一个简单的“上下文管理器”：

contextmanager作为一个装饰器，对所修饰的函数有固定的要求：

该函数必须是一个生成器，且yield只被执行一次。在该函数中，yield之前的部分可以看成是.__enter__()方法的部分，yield返回的值可以看成是.__enter__()方法返回的值，yield之后的部分可以看成是.__exit__()方法的部分。

函数test_manager()返回了一个上下文管理器：

使用yield的返回值：

不过，这样定义出来的“上下文管理器”并不能在出错的时候保证后续处理被执行：

使用contextmanager构造的上下文管理器时，如果抛出异常，那么这个异常会在yield的地方重新被抛出，我们可以使用try块的形式对yield的部分进行处理。此外，为了保证对应.__exit__()的部分始终被执行，我们需要将yield后面的部分放入finally块中：

2.closing函数

contextlib模块中常用的还有closing()函数。该函数接受一个对象，返回一个确保该对象的.close()方法被调用的上下文管理器，它相当于这样的一个函数：

使用这种结构，我们能确保<object>的.close()方法最终被调用了，比如打开的网页：