Python的上下文管理器

什么是上下文管理器

上下文管理器是一个对象，它定义了在执行 with 语句时要建立的运行时上下文。 上下文管理器处理进入和退出所需运行时上下文以执行代码块。 通常使用 with 语句（在 with 语句中描述），但是也可以通过直接调用它们的方法来使用。

首先我们看下面操作文件的代码，理清几个概念，不要弄混了

with open("test.txt") as f:
    print(f.readlines())

with open("test.txt") as f：上下文表达式
open("test.txt")：上下文管理器
f：至于f，f不是上下文管理器，f应该是资源对象

上下文管理协议

在一个类中，如果实现了__enter__和__exit__这两个魔法方法，这个类的实例就是一个上下文管理器。
如果使用了上下文管理器，尽管with没有调用魔法方法，但是with在代码块执行前还是会先执行__enter__，在代码执行结束或出错的时候执行__enter__
__enter__: with语句中的代码块执行前执行__enter__, 返回的值将赋值给with句中as后的变量.
__exit__: with语句中的代码块执行结束或出错, 会执行__exit__

class Resource():
    def __enter__(self):
        print('===connect to resource===')
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('===close resource connection===')

    def operate(self):
        print('===in operation===')


with Resource() as res:
    res.operate()

"""
输出

===connect to resource===
===in operation===
===close resource connection===
"""

在编写代码时，我们一般将资源的连接或者获取放在__enter__中，而将资源的关闭写在__exit__ 中。

为什么要使用上下文管理器

使用上下文管理器会让代码看起来更简洁优雅，这也是Python一直追求的。我们可以用上下文管理器操作（创建/获取/释放）资源，如文件操作、数据库连接；
也可以用上下文管理器处理异常。我们一般用try...except...来处理异常但是这样做一个不好的地方是，在代码的主逻辑里，会有大量的异常处理代理，这会很大的影响我们的可读性。如果用上下文管理器，就可以使用with将异常的处理隐藏起来。（也就是说，with大大简化了try...except..语句的异常处理）

举个栗子，下面的代码我们将操作1/0 这个错误。看看是否不报错。

class Resource():
    def __enter__(self):
        print('===connect to resource===')
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('===close resource connection===')
        print(exc_type, exc_val, exc_tb)
        return True

    def operate(self):
        1/0  # 分母不能为0，这里应该报错


with Resource() as res:
    res.operate()

"""
输出

===connect to resource===
===close resource connection===
<class 'ZeroDivisionError'> division by zero <traceback object at 0x0000024A3C452E08>
"""

这就是上下文管理协议的一个强大之处，异常可以在__exit__ 进行捕获并由你自己决定如何处理，是抛出呢还是在这里就解决了。在__exit__ 里返回 True（没有return 就默认为 return False），就相当于告诉 Python解释器，这个异常我们已经捕获了，不需要再往外抛了。

在写__exit__ 函数时，需要注意的事，它必须要有这三个参数：

exc_type：异常类型
exc_val：异常值
exc_tb：异常的错误栈信息

当主逻辑代码没有报异常时，这三个参数将都为None。

理解并使用装饰器 contextlib

上面说了，如果要定义上下文管理器，就需要在类中定义__enter__和__exit__。在Python中也提供了一个@contextlib装饰器，可以省略两个魔法方法。该装饰器位于contextlib模块下

from contextlib import contextmanager

我们借助contextmanager装饰器，可以不使用两个魔法方法。但是这里注意我们只是不需要定义__enter__和__exit__这两个方法，但是他们里面所执行的语句我们还是需要实现的。在进入上下文管理器的时候打印__enter__里面的方法，在退出的时候打印__exit__里面的方法。

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def open_func(file_name):
    # __enter__ 方法
    print('open file:', file_name, 'in __enter__')
    file_handler = open(file_name, 'r')

    # 【重点】：yield 返回的内容复制给as之后的变量
    yield file_handler

    # __exit__方法
    print('close file:', file_name, 'in __exit__')
    file_handler.close()
    return

with open_func('E:/hello.txt') as f:
    for line in f:
        print(line)
        
"""
输出

open file: E:/hello.txt in __enter__
1

2

3

close file: E:/hello.txt in __exit__
"""

上面代码的执行过程：

with语句中的代码块执行函数中yield语句之前的代码，相当于执行__enter__ 方法。
yield返回的内容复制给as之后的变量，也就是f。 在被装饰函数里，必须是一个生成器（带有yield）
with语句中的代码块执行函数中yield语句之后的代码，相当于执行__exit__ 方法。

上下文管理器的三个好处

提高代码的复用率
提高代码的优雅度
提高代码的可读性