Python中with上下文管理协议的作用及用法

1、简介

       with是从Python2.5引入的一个新的语法，它是一种上下文管理协议，目的在于从流程图中把 try，except 和finally 关键字和资源分配释放相关代码统统去掉，简化try…except…finlally的处理流程。

       那我们先理解一下try…except…finally语句是干啥的。实际上，try…except语句和try…finally语句是两种语句，用于不同的场景。但是当二者结合在一起时，可以“实现稳定性和灵活性更好的设计”。

2、try… except语句

       用于处理程序执行过程中的异常情况，比如语法错误、从未定义变量上取值等等，也就是一些python程序本身引发的异常、报错。而try… except语句就是为了防止一些报错影响你的程序继续运行，就用try语句把它们抓出来(捕获)。

（1）try…except的标准格式

try:  
    ## normal block  
except A:  
    ## exc A block  
except:  
    ## exc other block  
else:  

（2）程序执行流程

–>执行normal block
–>发现有A错误，执行 exc A block(即处理异常)
–>结束
如果没有A错误呢？
–>执行normal block
–>发现B错误，开始寻找匹配B的异常处理方法，发现A，跳过，发现except others(即except:)，执行exc other block
–>结束
如果没有错误呢？
–>执行normal block
–>全程没有错误，跳入else 执行noError block
–>结束

（3）异常分类

       except后面还能跟表达式的! 所谓的表达式，就是错误的定义。也就是说，我们可以捕捉一些我们想要捕捉的异常。而不是什么异常都报出来。

异常分两类：

• python标准异常
• 自定义异常

（a）Python标准异常

      Python标准异常包括NameError（未声明/初始化对象，没有属性），MemoryError内存溢出错误等错误，

详细python标准异常详见：

例：

   try:
        a = 1 / 2
        print(a)
        print(m)  # 此处抛出python标准异常
        b = 1 / 0  # 此后的语句不执行
        print(b)
        c = 2 / 1
        print(c)
    except NameError:
        print("Ops!!")
    except ZeroDivisionError:
        print("Wrong math!!")
    except:
        print("Error")

输出：

3、try…finallly语句

       try…finallly语句用于无论执行过程中有没有异常，都要执行清场工作。

格式：

try:  
    execution block  ##正常执行模块  
except A:  
    exc A block ##发生A错误时执行  
except B:  
    exc B block ##发生B错误时执行  
except:  
    other block ##发生除了A,B错误以外的其他错误时执行  
else:  
    if no exception, jump to here ##没有错误时执行  
finally:  
final block  ##总是执行  

tips: 注意顺序不能乱，否则会有语法错误。如果用else就必须有except，否则会有语法错误。

例：   

  try:
        a = 1 / 2
        print(a)
        print(m)  # 抛出NameError异常
        b = 1 / 0
        print(b)
        c = 2 / 1
        print(c)
    except NameError:
        print("Ops!!")  # 捕获到异常
    except ZeroDivisionError:
        print("Wrong math!!")
    except:
        print("Error")
    else:
        print("No error! yeah!")
    finally:  # 是否异常都执行该代码块
        print("finally!")

输出：

4、with…as语句

（1）With语句的基本语法

       with通过__enter__方法初始化，然后在__exit__中做善后以及处理异常。其中__enter__()方法在语句体（with语句包裹起来的代码块）执行之前进入运行，__exit__()方法在语句体执行完毕退出后运行。

       with 语句适用于对资源进行访问的场合，确保不管使用过程中是否发生异常都会执行必要的“清理”操作，释放资源，比如文件使用后自动关闭、线程中锁的自动获取和释放等。

With语句的基本语法格式:

with expression [as target]:
with-block  

• expression：是一个需要执行的表达式；
• target：是一个变量或者元组，存储的是expression表达式执行返回的结果，可选参数。

（2）with语句原理

• 上下文管理协议（Context Management Protocol）：包含方法 __enter__()和__exit__()，支持该协议的对象要实现这两个方法。
• 上下文管理器（Context Manager）：支持上下文管理协议的对象，这种对象实现了__enter__()和__exit__()方法。上下文管理器定义执行with语句时要建立的运行时上下文，负责执行with语句块上下文中的进入与退出操作。通常使用with语句调用上下文管理器，也可以通过直接调用其方法来使用。

例：执行过程

with EXPR as VAR:
    BLOCK

（1）执行EXPR，生成上下文管理器context_manager；

（2）获取上下文管理器的__exit()__方法，并保存起来用于之后的调用；

（3）调用上下文管理器的__enter__()方法；如果使用了as子句，则将__enter__()方法的返回值赋值给as子句中的VAR；

（4）执行BLOCK中的表达式；

（5）不管是否执行过程中是否发生了异常，执行上下文管理器的__exit__()方法，__exit__()方法负责执行“清理”工作，如释放资源等。如果执行过程中没有出现异常，或者语句体中执行了语句break/continue/return，则以None作为参数调用__exit__(None, None, None)；如果执行过程中出现异常，则使用sys.exc_info得到的异常信息为参数调用__exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback)；

（6）出现异常时，如果__exit__(type, value, traceback)返回False，则会重新抛出异常，让with之外的语句逻辑来处理异常，这也是通用做法；如果返回True，则忽略异常，不再对异常进行处理。

这个和try finally函数有什么关系呢？其实，这样的过程等价于：

try:  
    执行 __enter__的内容  
    执行 with_block.  
finally:  
    执行 __exit__内容  

例：

class Sample(object):
 
    def __init__(self):
        print("__init__")
 
    def __enter__(self):
        print("__enter__")
 
    def __exit__(self, types, values, trace):
        print("type:", types)
        print("value:", values)
        print("trace:", trace)
 
 
def get_sample():
    return Sample()
 
 
if __name__ == '__main__':
    # get_data()
    with get_sample() as sample:
        print("Sample:", sample)

输出：