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Python with用法:自动关闭文件

在前面的程序中,我们都采用了程序主动关闭文件的方式。实际上,Python 提供了 with 语句来管理资源关闭。比如可以把打开的文件放在 with 语句中,这样 with 语句就会帮我们自动关闭文件。

with 语句的语法格式如下:

with context expression [as target(s)]:
    with 代码块

在上面的语法格式中,context_expression 用于创建可自动关闭的资源。

例如,程序使用 with 语句来读取文件:
import codecs
# 使用with语句打开文件,该语句会负责关闭文件
with codecs.open("readlines_test.py", 'r', 'utf-8', buffering=True) as f:
    for line in f:
        print(line, end='')
程序也可以使用 with 语句来处理通过 fileinput.input 合并的多个文件,例如如下程序:
import fileinput
# 使用with语句打开文件,该语句会负责关闭文件
with fileinput.input(files=('test.txt', 'info.txt')) as f:
    for line in f:
        print(line, end='')
上面两个程序都使用了 with 语句来管理资源,因此它们都不需要显式关闭文件。

那么,with 语句的实现原理是什么?其实很简单,使用 with 语句管理的资源必须是一个实现上下文管理协议(context manage protocol)的类,这个类的对象可被称为上下文管理器。要实现上下文管理协议,必须实现如下两个方法:
  1. context_manager.__enter__():进入上下文管理器自动调用的方法。该方法会在 with 代码块执行之前执行。如果 with 语句有 as子句,那么该方法的返回值会被赋值给 as 子句后的变量;该方法可以返回多个值,因此,在 as 子句后面也可以指定多个变量(多个变量必须由“()”括起来组成元组)。
  2. context_manager.__exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback):退出上下文管理器自动调用的方法。该方法会在 with 代码块执行之后执行。如果 with 代码块成功执行结束,程序自动调用该方法,调用该方法的三个参数都为 None:如果 with 代码块因为异常而中止,程序也自动调用该方法,使用 sys.exc_info 得到的异常信息将作为调用该方法的参数。

通过上面的介绍不难发现,只要一个类实现了 __enter__() 和 __exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback) 方法,程序就可以使用 with 语句来管理它;通过 __exit__() 方法的参数,即可判断出 with 代码块执行时是否遇到了异常。

换而言之,上面程序所用的文件对象、FileInput 对象,其实都实现了这两个方法,因此它们都可以接受 with 语句的管理。

下面我们自定义一个实现上下文管理协议的类,并使用 with 语句来管理它:
class FkResource:
    def __init__(self, tag):
        self.tag = tag
        print('构造器,初始化资源: %s' % tag)
    # 定义__enter__方法,with体之前的执行的方法
    def __enter__(self):
        print('[__enter__ %s]: ' % self.tag)
        # 该返回值将作为as子句中变量的值
        return 'fkit'  # 可以返回任意类型的值
    # 定义__exit__方法,with体之后的执行的方法
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, exc_traceback):
        print('[__exit__ %s]: ' % self.tag)
        # exc_traceback为None,代表没有异常
        if exc_traceback is None:
            print('没有异常时关闭资源')
        else:
            print('遇到异常时关闭资源')
            return False   # 可以省略,默认返回None也被看做是False

with FkResource('孙悟空') as dr:
    print(dr)
    print('[with代码块] 没有异常')
print('------------------------------')
with FkResource('白骨精'):
    print('[with代码块] 异常之前的代码')
    raise Exception
    print('[with代码块] ~~~~~~~~异常之后的代码')
上面程序定义了一个 FkResource 类,该类定义了 __enter__() 和 __exit__() 两个方法,因此该类的对象可以被 with 语句管理:
程序两次使用 with 语句管理 FkResource 对象。第一次,with 代码块没有出现异常。第二次,with 代码块出现了异常。大家可以看到,使用 with 语句两次对 FkResource 的管理略有差异(主要是在 __exit()__ 方法中略有差异)。

运行上面的程序,可以看到如下输出结果:

构造器,初始化资源: 孙悟空
[__enter__ 孙悟空]:
fkit
[with代码块] 没有异常
[__exit__ 孙悟空]:
没有异常时关闭资源
------------------------------
构造器,初始化资源: 白骨精
[__enter__ 白骨精]:
[with代码块] 异常之前的代码
[__exit__ 白骨精]:
遇到异常时关闭资源
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\mengma\Desktop\1.py", line 26, in <module>
    raise Exception
Exception

从上面的输出结果来看,使用 with 语句管理资源,程序总可以在进入 with 代码块之前自动执行 __enter__() 方法,无论 with 代码块是否有异常,这个部分都是一样的,而且 __enter__() 方法的返回值被赋值给了 as 子句后的变量,如上面的 ① 号输出信息所示。

对于 with 代码块有异常和无异常这两种情况,此时主要通过 exit() 方法的参数进行判断,程序可针对 with 代码块是否有异常分别进行处理,如程序中代码所示。

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