Python: try finally 与 上下文管理器简介
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Python: try finally 与 上下文管理器简介
xrzs 发表于5年前
Python: try finally 与 上下文管理器简介
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    用 Python 做一件很平常的事情: 打开文件, 逐行读入, 最后关掉文件; 进一步的需求是, 这也许是程序中一个可选的功能, 如果有任何问题, 比如文件无法打开, 或是读取出错, 那么在函数内需要捕获所有异常, 输出一行警告并退出. 代码可能一开始看起来是这样的

def read_file(): 
    try: 
        f = open('yui', 'r') 
        print ''.join(f.readlines()) 
    except: 
        print 'error occurs while reading file' 
    finally: 
        f.close()

    不过这显然无法运作, 因为  f  是在  try  块中定义的, 而在  finally  中无法引用.

    如果将  f  提取到  try  块外部, 如

def read_file(): 
     f = open('azusa', 'r') 
    try: 
        print ''.join(f.readlines()) 
    except: 
        print 'error occurs while reading file' 
    finally: 
        f.close()

那么, 问题在于当打开文件失败, 抛出异常将不会被捕获.

    挫一点的方法自然是, 再套一层  try  吧

def read_file(): 
     try: 
        f = open('sawako', 'r') 
        try: 
            print ''.join(f.readlines()) 
        except: 
            print 'error occurs while reading file' 
        finally: 
            f.close() 
     except: 
         print 'error occurs while reading file'

    当然这不仅仅是多一层缩进挫了, 连警告输出都白白多一次呢.

    正规一点的方式是, 使用 Python 引入的  with  结构来解决, 如

def readFile(): 
    try: 
         with open('mio', 'r')  as f: 
            print ''.join(f.readlines()) 
    except: 
        print 'error occurs while reading file'

    当文件打开失败时, 异常自然会被  except  到; 否则, 在  with  块结束之后, 打开的文件将自动关闭.

    除了打开文件, 还有其它这样可以用于  with  的东西么? 或者说, 怎么自定义一个什么东西, 让它能用于  with 呢?
    直接回答后一个问题吧, 秘密在于 Python 虚拟机在  with  块退出时会去寻找对象的  __exit__  方法并调用它, 把释放资源的动作放在这个  __exit__  函数中就可以了; 另外, 对象还需要一个  __enter__  函数, 当进入  with 块时, 这个函数被调用, 而它的返回值将作为  as  后引用的值. 一个简单的例子是

class Test: 
    def __init__(self): 
        print 'init' 

    def __enter__(self): 
        print 'enter' 
        return self 

    def __exit__(self, except_type, except_obj, tb): 
        print except_type 
        print except_obj 
        import traceback 
        print ''.join(traceback.format_tb(tb)) 
        print 'exit' 
        return True 

with Test() as t: 
    raise ValueError('kon!')

    执行这一段代码, 输出将会是

init 
enter 
<type 'exceptions.ValueError'> 
kon! 
  File "test.py", line 17, in <module> 
    raise ValueError('kon!') 

exit

     __exit__  函数接受三个参数, 分别是异常对象类型, 异常对象和调用栈. 如果  with  块正常退出, 那么这些参数将都是  None . 返回  True  表示发生的异常已被处理, 不再继续向外抛出.

    简单的介绍到此为止, 详细的情况可以参考  PEP 343  (这数字真不错, 7 3 ).

下面介绍下 with 语句的实例用法 & 高级用法:

Python高端、大气、上档次的with语句

在说with语句之前,先看看一段简单的代码吧

lock = threading.Lock()
...
lock.acquire()
elem = heapq.heappop(heap)
lock.release()

很简单直观,多个线程共用一个优先级队列的时候,首先先用互斥锁lock.acquire()把优先级队列锁上,然后取元素,再然后lock.release()释放这个锁。

虽然看似非常符合逻辑的一个过程,但是里面隐藏着一个巨大的bug:当heap里面没有元素的时候,会抛出一个IndexError异常,再然后堆栈回滚,再然后lock.release()根本不会执行,这个锁就永远得不到释放,因此就发生了喜闻乐见的死锁问题。这个也是很多大神们讨厌异常的原因。经典Java风格的解决方案就是

lock = threading.Lock()
...
lock.acquire()
try:
    elem = heapq.heappop(heap)
finally:
    lock.release()

这个虽然可以,但是怎么看怎么dirty,和Python优雅、简单的风格出入很大。其实,自从Python2.5开始引入了with语句,一切就变得非常简单:

lock = threading.Lock()
...
with lock:
    elem = heapq.heappop(heap)

在此无论以何种方式离开with语句的代码块,锁都会被释放。
with语句的设计目的就是为了使得之前需要通过try...finally解决的清理资源问题变得简单、清晰,它的的用法是

with expression [as variable]:
    with-block

其中expression返回一个叫做「context manager」的对象,然后这个对象被赋给variable(如果有的话)。「context manager」对象有两个方法,分别是__enter__()和__exit__(),很明显一个在进入with-block时调用,一个离开with-block的时候调用。

这样的对象不需要自己去实现,在Python标准库里面很多API都是已经实现了这两个方法,最常见的一个例子就是读写文件的open语句。

with open('1.txt', encoding = 'utf-8') as fp:
    lines = fp.readlines()

无论是正常离开还是因为异常原因离开with语句块,打开的文件资源总是会释放。
接下去讨论一下with语句配合contextlib库的一些比较实用的方法,比如需要同时打开两个文件,一个读一个写,这个时候就可以这样写:

from contextlib import nested
...
with nested(open('in.txt'), open('out.txt', 'w')) as (fp_in, fp_out):
    ...

这样就可以省掉两个with的语句的嵌套了,另外如果遇到一些还没有支持「context manager」的API呢?比如urllib.request.urlopen(),这个返回的对象因为不是「context manager」,结束的时候还需要自己去调用close方法。
类似这种API,contextlib提供了一个叫做closing方法,它会在离开with语句的时候,自动调用对象的close方法,因此urlopen也可以这样写:

from contextlib import closing
...
with closing(urllib.request.urlopen('http://www.yahoo.com')) as f:
    for line in f:
        sys.stdout.write(line)


参考资料:

[1] 8 PEP 343: The 'with' statement

https://docs.python.org/release/2.5/whatsnew/pep-343.html

Refer:http://ling0322.info/2013/10/03/python-with-statement.html

[2] Python 上下文管理器

http://python.jobbole.com/82289/

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