在 Python 2.5 中， with 關(guān)鍵字被加入。它將常用的 try ... except ... finally ... 模式很方便的被復(fù)用?？匆粋€(gè)最經(jīng)典的例子：

with open('file.txt') as f:
  content = f.read()

在這段代碼中，無論 with 中的代碼塊在執(zhí)行的過程中發(fā)生任何情況，文件最終都會(huì)被關(guān)閉。如果代碼塊在執(zhí)行的過程中發(fā)生了一個(gè)異常，那么在這個(gè)異常被拋出前，程序會(huì)先將被打開的文件關(guān)閉。

再看另外一個(gè)例子。

在發(fā)起一個(gè)數(shù)據(jù)庫事務(wù)請求的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用類似這樣的代碼：

db.begin()

try:
  # do some actions
except:
  db.rollback()
  raise
finally:
  db.commit()

如果將發(fā)起事務(wù)請求的操作變成可以支持 with 關(guān)鍵字的，那么用像這樣的代碼就可以了：

with transaction(db):
  # do some actions

下面，詳細(xì)的說明一下 with 的執(zhí)行過程，并用兩種常用的方式實(shí)現(xiàn)上面的代碼。

with 的一般執(zhí)行過程

一段基本的 with 表達(dá)式，其結(jié)構(gòu)是這樣的：

with EXPR as VAR:
  BLOCK

其中： EXPR 可以是任意表達(dá)式； as VAR 是可選的。其一般的執(zhí)行過程是這樣的：

1. 計(jì)算 EXPR ，并獲取一個(gè)上下文管理器。
2. 上下文管理器的 __exit()__ 方法被保存起來用于之后的調(diào)用。
3. 調(diào)用上下文管理器的 __enter()__ 方法。
4. 如果 with 表達(dá)式包含 as VAR ，那么 EXPR 的返回值被賦值給 VAR 。
5. 執(zhí)行 BLOCK 中的表達(dá)式。
6. 調(diào)用上下文管理器的 __exit()__ 方法。如果 BLOCK 的執(zhí)行過程中發(fā)生了一個(gè)異常導(dǎo)致程序退出，那么異常的 type 、 value 和 traceback (即 sys.exc_info()的返回值 )將作為參數(shù)傳遞給 __exit()__ 方法。否則，將傳遞三個(gè) None 。
   

將這個(gè)過程用代碼表示，是這樣的：

mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__ # 這里沒有執(zhí)行
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True

try:
  try:
    VAR = value # 如果有 as VAR
    BLOCK
  except:
    exc = False
    if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
      raise
finally:
  if exc:
    exit(mgr, None, None, None)

這個(gè)過程有幾個(gè)細(xì)節(jié)：

如果上下文管理器中沒有 __enter()__ 或者 __exit()__ 中的任意一個(gè)方法，那么解釋器會(huì)拋出一個(gè) AttributeError 。
在 BLOCK 中發(fā)生異常后，如果 __exit()__ 方法返回一個(gè)可被看成是 True 的值，那么這個(gè)異常就不會(huì)被拋出，后面的代碼會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

接下來，用兩種方法來實(shí)現(xiàn)上面來實(shí)現(xiàn)上面的過程的吧。

實(shí)現(xiàn)上下文管理器類

第一種方法是實(shí)現(xiàn)一個(gè)類，其含有一個(gè)實(shí)例屬性 db 和上下文管理器所需要的方法 __enter()__ 和 __exit()__ 。

class transaction(object):
  def __init__(self, db):
    self.db = db

  def __enter__(self):
    self.db.begin()

  def __exit__(self, type, value, traceback):
    if type is None:
      db.commit()
    else:
      db.rollback()

了解 with 的執(zhí)行過程后，這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式是很容易理解的。下面介紹的實(shí)現(xiàn)方式，其原理理解起來要復(fù)雜很多。

使用生成器裝飾器

在Python的標(biāo)準(zhǔn)庫中，有一個(gè)裝飾器可以通過生成器獲取上下文管理器。使用生成器裝飾器的實(shí)現(xiàn)過程如下：

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def transaction(db):
  db.begin()

  try:
    yield db
  except:
    db.rollback()
    raise
  else:
    db.commit()

第一眼上看去，這種實(shí)現(xiàn)方式更為簡單，但是其機(jī)制更為復(fù)雜?？匆幌缕鋱?zhí)行過程吧：

1. Python解釋器識別到 yield 關(guān)鍵字后， def 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)生成器函數(shù)替代常規(guī)的函數(shù)（在類定義之外我喜歡用函數(shù)代替方法）。
2. 裝飾器 contextmanager 被調(diào)用并返回一個(gè)幫助方法，這個(gè)幫助函數(shù)在被調(diào)用后會(huì)生成一個(gè) GeneratorContextManager 實(shí)例。最終 with 表達(dá)式中的 EXPR 調(diào)用的是由 contentmanager 裝飾器返回的幫助函數(shù)。
3. with 表達(dá)式調(diào)用 transaction(db) ，實(shí)際上是調(diào)用幫助函數(shù)。幫助函數(shù)調(diào)用生成器函數(shù)，生成器函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)生成器。
4. 幫助函數(shù)將這個(gè)生成器傳遞給 GeneratorContextManager ，并創(chuàng)建一個(gè) GeneratorContextManager 的實(shí)例對象作為上下文管理器。
5. with 表達(dá)式調(diào)用實(shí)例對象的上下文管理器的 __enter()__ 方法。
6. __enter()__ 方法中會(huì)調(diào)用這個(gè)生成器的 next() 方法。這時(shí)候，生成器方法會(huì)執(zhí)行到 yield db 處停止，并將 db 作為 next() 的返回值。如果有 as VAR ，那么它將會(huì)被賦值給 VAR 。
7. with 中的 BLOCK 被執(zhí)行。
8. BLOCK 執(zhí)行結(jié)束后，調(diào)用上下文管理器的 __exit()__ 方法。 __exit()__ 方法會(huì)再次調(diào)用生成器的 next() 方法。如果發(fā)生 StopIteration 異常，則 pass 。
9. 如果沒有發(fā)生異常生成器方法將會(huì)執(zhí)行 db.commit() ，否則會(huì)執(zhí)行 db.rollback() 。
   

再次看看上述過程的代碼大致實(shí)現(xiàn)：

def contextmanager(func):
  def helper(*args, **kwargs):
    return GeneratorContextManager(func(*args, **kwargs))
  return helper

class GeneratorContextManager(object):
  def __init__(self, gen):
    self.gen = gen

  def __enter__(self):
    try:
      return self.gen.next()
    except StopIteration:
      raise RuntimeError("generator didn't yield")

  def __exit__(self, type, value, traceback):
    if type is None:
      try:
        self.gen.next()
      except StopIteration:
        pass
      else:
        raise RuntimeError("generator didn't stop")
    else:
      try:
        self.gen.throw(type, value, traceback)
        raise RuntimeError("generator didn't stop after throw()")
      except StopIteration:
        return True
      except:
        if sys.exc_info()[1] is not value:
          raise

總結(jié)

Python的 with 表達(dá)式包含了很多Python特性?；c(diǎn)時(shí)間吃透 with 是一件非常值得的事情。

一些其他的例子

鎖機(jī)制

@contextmanager
def locked(lock):
  lock.acquired()
  try:
    yield
  finally:
    lock.release()

標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向

@contextmanager
def stdout_redirect(new_stdout):
  old_stdout = sys.stdout
  sys.stdout = new_stdout
  try:
    yield
  finally:
    sys.stdout = old_stdout

with open("file.txt", "w") as f:
  with stdout_redirect(f):
    print "hello world"

參考資料

The Python “with” Statement by Example

PEP 343

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