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詳解Python中的with語(yǔ)句和上下文管理器_python

作者：Amo?Xiang ? 更新時(shí)間： 2022-11-26 編程語(yǔ)言

如果你有閱讀源碼的習(xí)慣，可能會(huì)看到一些優(yōu)秀的代碼經(jīng)常出現(xiàn)帶有 with 關(guān)鍵字的語(yǔ)句，它通常用在什么場(chǎng)景呢？對(duì)于系統(tǒng)資源如文件、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、socket 而言，應(yīng)用程序打開(kāi)這些資源并執(zhí)行完業(yè)務(wù)邏輯之后，必須做的一件事就是要關(guān)閉（斷開(kāi)）該資源。

比如 Python 程序打開(kāi)一個(gè)文件，往文件中寫(xiě)內(nèi)容，寫(xiě)完之后，就要關(guān)閉該文件，否則會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？極端情況下會(huì)出現(xiàn) Too many open files 的錯(cuò)誤，因?yàn)橄到y(tǒng)允許你打開(kāi)的最大文件數(shù)量是有限的。同樣，對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)，如果連接數(shù)過(guò)多而沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉的話(huà)，就可能會(huì)出現(xiàn) Can not connect to MySQL server Too many connections，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)連接是一種非常昂貴的資源，不可能無(wú)限制的被創(chuàng)建。

一、with語(yǔ)句的使用

向文件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的示例代碼(基礎(chǔ))：

# -*- 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(xiě)的方式打開(kāi)文件
f = open("1.txt", "w", encoding="utf8")
# 2、寫(xiě)入文件內(nèi)容
f.write("hello world")
# 3、關(guān)閉文件
f.close()

代碼說(shuō)明如下：文件使用完后必須關(guān)閉，因?yàn)槲募?duì)象會(huì)占用操作系統(tǒng)的資源，并且操作系統(tǒng)同一時(shí)間能打開(kāi)的文件數(shù)量也是有限的。這種寫(xiě)法可能出現(xiàn)一定的安全隱患，錯(cuò)誤代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:25
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo1.py
# @Software: PyCharm
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# 1、以寫(xiě)的方式打開(kāi)文件
f = open("1.txt", "r", encoding="utf8")
# 2、寫(xiě)入文件內(nèi)容
f.write("hello world")
# 3、關(guān)閉文件
f.close()

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

在這里插入圖片描述

代碼說(shuō)明：由于文件讀寫(xiě)時(shí)都有可能產(chǎn)生 IOError，一旦出錯(cuò)，后面的 f.close() 就不會(huì)調(diào)用。為了保證無(wú)論是否出錯(cuò)都能正確地關(guān)閉文件，我們可以使用 try ... finally 來(lái)解決。安全寫(xiě)法, 代碼如下：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:32
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo2.py
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try:
    # 1、以讀的方式打開(kāi)文件
    f = open("1.txt", "r")
    # 2、讀取文件內(nèi)容
    f.write("xxxxx")

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

finally:
    # 3、關(guān)閉文件
    f.close()

運(yùn)行結(jié)果：

文件操作出錯(cuò) not writable

這種方法雖然代碼運(yùn)行良好，但是缺點(diǎn)就是代碼過(guò)于冗長(zhǎng)，并且需要添加 try-except-finally 語(yǔ)句，不是很方便，也容易忘記。在這種情況下，Python 提供了 with 語(yǔ)句的這種寫(xiě)法，既簡(jiǎn)單又安全，并且 with 語(yǔ)句執(zhí)行完成以后自動(dòng)調(diào)用關(guān)閉文件操作，即使出現(xiàn)異常也會(huì)自動(dòng)調(diào)用關(guān)閉文件操作。with 語(yǔ)句的示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
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# 1、以寫(xiě)的方式打開(kāi)文件
with open("1.txt", "w") as f:
    # 2、讀取文件內(nèi)容
    f.write("hello world")
    f.read()  # 即使報(bào)錯(cuò)，文件資源也會(huì)關(guān)閉掉

二、上下文管理器

一個(gè)類(lèi)只要實(shí)現(xiàn)了 __enter__() 和 __exit__() 這個(gè)兩個(gè)方法，通過(guò)該類(lèi)創(chuàng)建的對(duì)象我們就稱(chēng)之為上下文管理器對(duì)象。上下文管理器可以使用 with 語(yǔ)句，with 語(yǔ)句之所以這么強(qiáng)大，背后是由上下文管理器做支撐的，也就是說(shuō)剛才使用 open 函數(shù)創(chuàng)建的文件對(duì)象就是就是一個(gè)上下文管理器對(duì)象。自定義上下文管理器類(lèi)，模擬文件操作。定義一個(gè) File 類(lèi)，實(shí)現(xiàn) __enter__() 和 __exit__() 方法，然后使用 with 語(yǔ)句來(lái)完成操作文件， 示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:38
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo4.py
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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(kāi)模式
        self.file_name = file_name
        self.mode = mode

    # 上文方法
    def __enter__(self):
        print("進(jìn)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(yǔ)句中，即使發(fā)生異常信息，也會(huì)進(jìn)入 __exit__ 中
        :param exc_type: 發(fā)生異常時(shí)，異常的類(lèi)型
        :param exc_val: 發(fā)生異常時(shí)，異常的信息
        :param exc_tb: 異常對(duì)象，堆棧信息
        :return:如果返回False(代碼沒(méi)有書(shū)寫(xiě)返回值默認(rèn)None，表示為False) 代表
        異常發(fā)生以后，異常會(huì)繼續(xù)向外傳遞。如果返回True，代表異常不再向外傳遞
        """
        if exc_type:
            print("發(fā)生了異常......")
            return True
        print("進(jìn)入下文方法")
        self.f.close()


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

運(yùn)行結(jié)果：

在這里插入圖片描述

代碼說(shuō)明：

  • __enter__ 表示上文方法，需要返回一個(gè)操作文件對(duì)象
  • __exit__ 表示下文方法，with 語(yǔ)句執(zhí)行完成會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，即使出現(xiàn)異常也會(huì)執(zhí)行該方法。

上下文管理器的另外一種實(shí)現(xiàn)方式： 假如想要讓一個(gè)函數(shù)成為上下文管理器，Python 還提供了一個(gè) @contextmanager 的裝飾器，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化了上下文管理器的實(shí)現(xiàn)方式。通過(guò) yield 將函數(shù)分割成兩部分，yield 上面的語(yǔ)句在 __enter__ 方法中執(zhí)行，yield 下面的語(yǔ)句在 __exit__ 方法中執(zhí)行，緊跟在 yield 后面的參數(shù)是函數(shù)的返回值。示例代碼：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2022-10-18 10:54
# @Author  : AmoXiang
# @File    : demo5.py
# @Software: PyCharm
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# 導(dǎo)入裝飾器
from contextlib import contextmanager


# 裝飾器裝飾函數(shù)，讓其稱(chēng)為一個(gè)上下文管理器對(duì)象
@contextmanager
def my_open(path, mode):
    try:
        # 打開(kāi)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(yǔ)句
with my_open('out.txt', 'w') as f:
    f.write("hello , the simplest context manager")

三、小結(jié)

Python 提供了 with 語(yǔ)句 用于簡(jiǎn)化資源釋放的操作，使用 with 語(yǔ)句 操作建立在上下文管理器(實(shí)現(xiàn) __enter__ 和 __exit__ ) 的基礎(chǔ)上。Python 還提供了一個(gè) @contextmanager 裝飾器，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化上下管理器的實(shí)現(xiàn)，讓一個(gè)函數(shù)可以成為上下文管理器，結(jié)合 with 語(yǔ)句 來(lái)使用。

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

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