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Python 的 with 語句詳解

2019-11-25 18:22:31
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來源:轉載
供稿:網友

一、簡介

with是從Python 2.5 引入的一個新的語法,更準確的說,是一種上下文的管理協議,用于簡化try…except…finally的處理流程。with通過__enter__方法初始化,然后在__exit__中做善后以及處理異常。對于一些需要預先設置,事后要清理的一些任務,with提供了一種非常方便的表達。

with的基本語法如下,EXPR是一個任意表達式,VAR是一個單一的變量(可以是tuple),”as VAR”是可選的。

復制代碼 代碼如下:

with EXPR as VAR:
    BLOCK

根據PEP 343的解釋,with…as…會被翻譯成以下語句:
復制代碼 代碼如下:

mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__  # Not calling it yet
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True
try:
    try:
        VAR = value  # Only if "as VAR" is present
        BLOCK
    except:
        # The exceptional case is handled here
        exc = False
        if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
            raise
        # The exception is swallowed if exit() returns true
finally:
    # The normal and non-local-goto cases are handled here
    if exc:
        exit(mgr, None, None, None)

為什么這么復雜呢?注意finally中的代碼,需要BLOCK被執行后才會執行finally的清理工作,因為當EXPR執行時拋出異常,訪問mgr.exit執行就會報AttributeError的錯誤。


二、實現方式

根據前面對with的翻譯可以看到,被with求值的對象必須有一個__enter__方法和一個__exit__方法。稍微看一個文件讀取的例子吧,注意在這里我們要解決2個問題:文件讀取異常,讀取完畢后關閉文件句柄。用try…except一般會這樣寫:

復制代碼 代碼如下:

f = open('/tmp/tmp.txt')
try:
    for line in f.readlines():
        print(line)
finally:
    f.close()

注意我們這里沒有處理文件打開失敗的IOError,上面的寫法可以正常工作,但是對于每個打開的文件,我們都要手動關閉文件句柄。如果要使用with來實現上述功能,需要需要一個代理類:
復制代碼 代碼如下:

class opened(object):

    def __init__(self, name):
        self.handle = open(name)

    def __enter__(self):
        return self.handle

    def __exit__(self, type, value, trackback):
        self.handle.close()

with opened('/tmp/a.txt') as f:
    for line in f.readlines():
        print(line)


注意我們定了一個名字叫opened的輔助類,并實現了__enter__和__exit__方法,__enter__方法沒有參數,__exit__方法的3個參數,分別代表異常的類型、值、以及堆棧信息,如果沒有異常,3個入參的值都為None。

如果你不喜歡定義class,還可以用Python標準庫提供的contextlib來實現:

復制代碼 代碼如下:

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def opened(name):
    f = open(name)
    try:
        yield f
    finally:
        f.close()

with opened('/tmp/a.txt') as f:
    for line in f.readlines():
        print(line)


使用contextmanager的函數,yield只能返回一個參數,而yield后面是處理清理工作的代碼。在我們讀取文件的例子中,就是關閉文件句柄。這里原理上和我們之前實現的類opened是相同的,有興趣的可以參考一下contextmanager的源代碼。

三、應用場景

廢話了這么多,那么到底那些場景下該使用with,有沒有一些優秀的例子?當然啦,不然這篇文章意義何在。以下摘自PEP 343。

一個確保代碼執行前加鎖,執行后釋放鎖的模板:

復制代碼 代碼如下:

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

    with locked(myLock):
        # Code here executes with myLock held.  The lock is
        # guaranteed to be released when the block is left (even
        # if via return or by an uncaught exception).


數據庫事務的提交和回滾:
復制代碼 代碼如下:

@contextmanager
        def transaction(db):
            db.begin()
            try:
                yield None
            except:
                db.rollback()
                raise
            else:
                db.commit()

重定向stdout:
復制代碼 代碼如下:

@contextmanager
def stdout_redirected(new_stdout):
    save_stdout = sys.stdout
    sys.stdout = new_stdout
    try:
        yield None
    finally:
        sys.stdout = save_stdout

with opened(filename, "w") as f:
    with stdout_redirected(f):
        print "Hello world"


注意上面的例子不是線程安全的,再多線程環境中要小心使用。


四、總結

with是對try…expect…finally語法的一種簡化,并且提供了對于異常非常好的處理方式。在Python有2種方式來實現with語法:class-based和decorator-based,2種方式在原理上是等價的,可以根據具體場景自己選擇。

with最初起源于一種block…as…的語法,但是這種語法被很多人所唾棄,最后誕生了with,關于這段歷史依然可以去參考PEP-343和PEP-340

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