with 语句和上下文管理器

with 语句的作用

with 是 Python 中处理资源（如文件、网络连接、数据库连接）的一种 语法糖，目的是为了确保使用完资源后，能自动清理资源，比如关闭文件、释放锁、断开连接等。

不使用 with 的资源处理方式（容易忘记关闭）：

f = open('example.txt', 'r')
try:
    content = f.read()
finally:
    f.close()  # 必须手动关闭

使用 with 的方式（自动关闭）：

with open('example.txt', 'r') as f:
    content = f.read()
# 离开 with 代码块后，f 会自动关闭

上下文管理器（Context Manager）

上下文管理器是一个实现了 __enter__() 和 __exit__() 方法的对象。

这两个方法控制了：

• __enter__()：进入 with 块时调用，返回值绑定给 as 后面的变量。
• __exit__()：退出 with 块时调用，无论是否抛出异常，都会执行，通常用于清理操作。

with 语句的执行流程

with expression as variable:
    # do something

等价于如下代码：

mgr = expression          # mgr 是一个上下文管理器对象
var = mgr.__enter__()     # 调用 __enter__ 方法
try:
    # do something
finally:
    mgr.__exit__(exc_type, exc_value, traceback)  # 调用 __exit__ 方法

如果代码块中发生异常，异常信息会传给 __exit__ 的三个参数：

• exc_type：异常类型（如 ValueError）
• exc_value：异常实例对象
• traceback：异常的 traceback 信息

模拟一个文件打开的上下文管理器

我们来自己写一个类，模拟 Python 内置的 open() 行为：

class FileContextManager:
    def __init__(self, file_name, mode='r'):
        self.file_name = file_name  # 文件名
        self.mode = mode  # 读写模式
        self.file = None  # 文件对象，初始为 None

    def __enter__(self):
        print(f"打开文件: {self.file_name}，模式: {self.mode}")
        # 打开文件并返回文件对象
        self.file = open(self.file_name, self.mode)
        return self.file  # 返回文件对象

    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        if self.file is not None:
            print("关闭文件")
            self.file.close()  # 确保文件被关闭
        
        if exc_type:  # 检查是否有异常
            print(f"发生异常: {exc_value}")
            return True  # 处理异常并防止抛出
        return False  # 允许异常向上抛出

使用方式：

# 使用自定义文件上下文管理器
try:
    with FileContextManager('example.txt', 'w') as file:  # 打开文件进行写入
        print("在上下文中写入一些内容")
        file.write("Hello, world!\n")
        file.write("这是第二行。\n")
        
    # 再读取之前写入的数据
    with FileContextManager('example.txt', 'r') as file:  # 打开文件进行读取
        print("读取文件内容:")
        content = file.read()
        print(content)  # 输出文件内容
except Exception as e:
    print(f"处理外部异常: {e}")

contextlib 模块简化上下文管理器

@contextmanager 装饰器

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def my_context():
    print("进入上下文")  # 相当于 __enter__
    try:
        yield "资源"     # yield 让出控制权，运行 with 块的代码
    except Exception as e:
        print(f"处理中发生异常: {e}")  # 你可以处理异常，也可以选择不写
        raise  # 重新抛出（可选）
    finally: 
        print("退出上下文")  # 相当于 __exit__，无论是否异常都会执行

# 使用：
with my_context() as res:
    print("处理中...", res)
    # raise ValueError("发生错误")  # 可加这一句测试异常处理

• yield 前：等于 __enter__()，通常是资源申请、初始化的地方。
• yield 后：等于 __exit__()，是资源清理、异常处理的地方。
• 把 try-finally 包住 yield，是为了模仿底层的上下文管理器协议。

closing() 示例（对没有实现 __enter__ / __exit__ 的对象进行封装）

from contextlib import closing
from urllib.request import urlopen

with closing(urlopen('http://example.com')) as page:
    for line in page:
        print(line)

Python 内置库 urllib 中的函数，用于打开一个 URL（网页），并返回一个类文件对象（类比 open() 打开的文件对象），它返回的对象具有 .read()、.close() 等方法，你可以像读文件一样读网页。因为 urlopen() 返回的对象没有实现 __enter__ / __exit__ 方法，所以不能直接用在 with 语句中（with urlopen('http://example.com') as page: # ❌ 会报错！）

closing() 是什么？

这是 contextlib 提供的一个工具函数，它的作用是：将“拥有 close() 方法但不是上下文管理器”的对象包装成一个可以用在 with 中的对象。

它的底层实现类似于这样：

class closing:
    def __init__(self, thing):
        self.thing = thing

    def __enter__(self):
        return self.thing

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        self.thing.close()  # 离开 with 时自动调用 close()

也就是说：

with closing(urlopen(...)) as page:

就相当于：

page = urlopen(...)
try:
    ...
finally:
    page.close()  # 自动关闭连接，释放资源

常见的上下文管理器应用场景