Python之with语句

Python中的with语句详解

with语句是Python中用于资源管理的关键语句，它简化了异常处理中资源分配和释放的操作，特别是对于文件操作、数据库连接、线程锁等需要明确释放资源的场景。

一、基本语法

with expression [as variable]:
    with-block

二、工作原理

with语句背后的工作机制依赖于上下文管理器协议，即实现了__enter__()和__exit__()方法的对象。

1. 执行expression，获取上下文管理器对象
2. 调用上下文管理器的__enter__()方法
3. 如果有as variable，则将__enter__()的返回值赋给variable
4. 执行with-block中的代码
5. 无论是否发生异常，都会调用上下文管理器的__exit__()方法

三、文件操作中的with语句

1. 基本用法

with open('example.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    # 不需要手动调用file.close()

2. 同时打开多个文件

with open('input.txt', 'r') as infile, open('output.txt', 'w') as outfile:
    content = infile.read()
    outfile.write(content.upper())

四、with语句的优势

1. 自动资源管理：确保文件等资源被正确关闭
2. 异常安全：即使在with块中发生异常，资源也会被正确释放
3. 代码简洁：减少了try-finally块的嵌套
4. 可读性强：明确显示了资源的生命周期

五、自定义上下文管理器

1. 基于类的实现

class MyContextManager:
    def __enter__(self):
        print("进入上下文")
        return self  # 可以返回其他对象
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("退出上下文")
        if exc_type:  # 如果有异常发生
            print(f"异常类型: {exc_type}")
            print(f"异常值: {exc_val}")
        # 返回True表示异常已被处理，False或None会向上传播异常
        return True

with MyContextManager() as cm:
    print("在上下文中")
    # 1/0  # 取消注释会触发异常

2. 使用contextlib模块

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def my_context_manager():
    print("进入上下文")
    try:
        yield "资源对象"  # yield前的代码相当于__enter__
    finally:
        print("退出上下文")  # yield后的代码相当于__exit__

with my_context_manager() as resource:
    print(f"正在使用 {resource}")

六、常见应用场景

1. 文件操作：自动关闭文件
2. 数据库连接：自动提交/回滚事务并关闭连接
3. 线程锁：自动获取和释放锁
4. 临时修改：临时修改系统参数后恢复
5. 计时操作：自动记录代码块执行时间

# 计时器示例
import time
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def timer():
    start = time.time()
    try:
        yield
    finally:
        end = time.time()
        print(f"耗时: {end - start:.2f}秒")

with timer():
    # 需要计时的代码
    time.sleep(1)

七、注意事项

1. with语句中的变量只在with块内有效
2. 某些资源（如sys.stdin）不支持with语句
3. 当需要长期保持资源打开时，不应使用with语句
4. __exit__方法应该正确处理异常或返回True来抑制异常

with语句是Python中编写干净、安全代码的重要工具，合理使用可以显著提高代码的健壮性和可维护性。