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詳解Python中的with語句和上下文管理器_python

作者：Amo?Xiang ? 更新時間： 2022-11-26 編程語言

如果你有閱讀源碼的習慣，可能會看到一些優秀的代碼經常出現帶有 with 關鍵字的語句，它通常用在什么場景呢？對于系統資源如文件、數據庫連接、socket 而言，應用程序打開這些資源并執行完業務邏輯之后，必須做的一件事就是要關閉（斷開）該資源。

比如 Python 程序打開一個文件，往文件中寫內容，寫完之后，就要關閉該文件，否則會出現什么情況呢？極端情況下會出現 Too many open files 的錯誤，因為系統允許你打開的最大文件數量是有限的。同樣，對于數據庫，如果連接數過多而沒有及時關閉的話，就可能會出現 Can not connect to MySQL server Too many connections，因為數據庫連接是一種非常昂貴的資源，不可能無限制的被創建。

一、with語句的使用

向文件中寫入數據的示例代碼(基礎)：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:25
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo1.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680

# 1、以寫的方式打開文件
f = open("1.txt", "w", encoding="utf8")
# 2、寫入文件內容
f.write("hello world")
# 3、關閉文件
f.close()

代碼說明如下：文件使用完后必須關閉，因為文件對象會占用操作系統的資源，并且操作系統同一時間能打開的文件數量也是有限的。這種寫法可能出現一定的安全隱患，錯誤代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:25
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo1.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680

# 1、以寫的方式打開文件
f = open("1.txt", "r", encoding="utf8")
# 2、寫入文件內容
f.write("hello world")
# 3、關閉文件
f.close()

運行結果如下圖所示：

在這里插入圖片描述

代碼說明：由于文件讀寫時都有可能產生 IOError，一旦出錯，后面的 f.close() 就不會調用。為了保證無論是否出錯都能正確地關閉文件，我們可以使用 try ... finally 來解決。安全寫法, 代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:32
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo2.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680


try:
    # 1、以讀的方式打開文件
    f = open("1.txt", "r")
    # 2、讀取文件內容
    f.write("xxxxx")

except IOError as e:
    print("文件操作出錯", e)

finally:
    # 3、關閉文件
    f.close()

運行結果：

文件操作出錯 not writable

這種方法雖然代碼運行良好，但是缺點就是代碼過于冗長，并且需要添加 try-except-finally 語句，不是很方便，也容易忘記。在這種情況下，Python 提供了 with 語句的這種寫法，既簡單又安全，并且 with 語句執行完成以后自動調用關閉文件操作，即使出現異常也會自動調用關閉文件操作。with 語句的示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:34
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo3.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680

# 1、以寫的方式打開文件
with open("1.txt", "w") as f:
    # 2、讀取文件內容
    f.write("hello world")
    f.read()  # 即使報錯，文件資源也會關閉掉

二、上下文管理器

一個類只要實現了 __enter__() 和 __exit__() 這個兩個方法，通過該類創建的對象我們就稱之為上下文管理器對象。上下文管理器可以使用 with 語句，with 語句之所以這么強大，背后是由上下文管理器做支撐的，也就是說剛才使用 open 函數創建的文件對象就是就是一個上下文管理器對象。自定義上下文管理器類，模擬文件操作。定義一個 File 類，實現 __enter__() 和 __exit__() 方法，然后使用 with 語句來完成操作文件， 示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:38
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo4.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680

class File(object):
    # 初始化方法
    def __init__(self, file_name, mode):
        # 定義變量保存文件名和打開模式
        self.file_name = file_name
        self.mode = mode

    # 上文方法
    def __enter__(self):
        print("進入上文方法")
        # 返回文件資源
        self.f = open(self.file_name, self.mode)
        return self.f

    # 下文方法
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        """
        with 語句中，即使發生異常信息，也會進入 __exit__ 中
        :param exc_type: 發生異常時，異常的類型
        :param exc_val: 發生異常時，異常的信息
        :param exc_tb: 異常對象，堆棧信息
        :return:如果返回False(代碼沒有書寫返回值默認None，表示為False) 代表
        異常發生以后，異常會繼續向外傳遞。如果返回True，代表異常不再向外傳遞
        """
        if exc_type:
            print("發生了異常......")
            return True
        print("進入下文方法")
        self.f.close()


if __name__ == '__main__':
    with File("1.txt", "r") as file:
        content = file.read()
        print(content)

運行結果：

在這里插入圖片描述

代碼說明：

  • __enter__ 表示上文方法，需要返回一個操作文件對象
  • __exit__ 表示下文方法，with 語句執行完成會自動執行，即使出現異常也會執行該方法。

上下文管理器的另外一種實現方式： 假如想要讓一個函數成為上下文管理器，Python 還提供了一個 @contextmanager 的裝飾器，更進一步簡化了上下文管理器的實現方式。通過 yield 將函數分割成兩部分，yield 上面的語句在 __enter__ 方法中執行，yield 下面的語句在 __exit__ 方法中執行，緊跟在 yield 后面的參數是函數的返回值。示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:54
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo5.py
# @Software: PyCharm
# @Blog    : https://blog.csdn.net/xw1680

# 導入裝飾器
from contextlib import contextmanager


# 裝飾器裝飾函數，讓其稱為一個上下文管理器對象
@contextmanager
def my_open(path, mode):
    try:
        # 打開文件
        file = open(path, mode)
        # yield之前的代碼好比是上文方法
        yield file
    except Exception as e:
        print(e)
    finally:
        print("over")
        # yield下面的代碼好比是下文方法
        file.close()


# 使用with語句
with my_open('out.txt', 'w') as f:
    f.write("hello , the simplest context manager")

三、小結

Python 提供了 with 語句 用于簡化資源釋放的操作，使用 with 語句 操作建立在上下文管理器(實現 __enter__ 和 __exit__ ) 的基礎上。Python 還提供了一個 @contextmanager 裝飾器，更進一步簡化上下管理器的實現，讓一個函數可以成為上下文管理器，結合 with 語句 來使用。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/xw1680/article/details/127382934

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