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理解Python中的“with”

1. 缘起

Python中，打开文件的操作是非常常见的，也是非常方便的，那么如何优雅的打开一个文件？大部分的同学会这样实现：

with open( "a.txt" ) as f :
    # do something

大家都知道，这样写可以自动处理资源的释放、处理异常等，化简了我们打开文件的操作，那么， with 到底做了什么呢？

从《Python学习手册》中是这么描述的：

简而言之，with/as语句的设计是作为常见try/finally用法模式的替代方案。就像try/finally语句，with/as语句也是用于定义必须执行的终止或“清理”行为,无论步骤中是否发生异常。不过，和try/finally不同的是，with语句支持更丰富的基于对象的协议，可以为代码块定义支持进入和离开动作。

也就是说对于代码：

with expression [as varible]:
    with-block

with语句的实际工作方式：

1.计算表达式，所得到的对象是 环境管理器 ，他必须有 enter ， exit 两个方法。

2.环境管理器的 enter 方法会被调用。如果as存在， enter 的返回值赋值给as后面的变量，否则，被丢弃。

3.代码块中嵌套的代码（with-block）会执行。

4.如果with代码块会引发异常， exit (type,value,traceback)方法就会被调用。这些也是由sys.exec
info返回相同的值。如果此方法返回为假，则异常会重新引发。否则，异常会中止。正常情况下异常是应该被重新引发，这样的话传递到with语句外。

5.如果with代码块没有引发异常， _exit
方法依然会调用，其type、value以及traceback参数会以None传递。

with/as语句的设计，是为了让必须在程序代码块周围发生的启动和终止活动一定会发生。和try/finally语句（无论异常是否发生其离开动作都会执行）类似，但是with/as有更丰富的对象协议，可以定义进入和离开的动作。

2. 设计的初衷

with/as语句的设计的初衷，在 PEP343 中是这么描述的：

This PEP adds a new statement “with” to the Python language to make it possible to factor out standard uses of try/finally statements.

In this PEP, context managers provide enter () and exit () methods that are invoked on entry to and exit from the body of the with statement.

对于下面的操作：

with EXPR as VAR:
            BLOCK

等价于

mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__  # Not calling it yet
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True
try:
    try:
        # 将__enter__函数调用的返回值返回给VAR
        VAR = value  # Only if "as VAR" is present
        # 执行BLOCK
        BLOCK
    except:
        # 异常处理，The exceptional case is handled here
        exc = False
        if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
            raise
        # The exception is swallowed if exit() returns true
finally:
    # 清理，The normal and non-local-goto cases are handled here
    if exc:
        exit(mgr, None, None, None)

我们可以看到上述代码完整的处理了初始化及异常/正常场景的清理操作，这便是 with 的设计思想，化简了冗余的代码，把那些重复的工作以及异常处理操作交给写“EXPR”源码（比如open操作）的同学。

3. 更深入的学习

我们继续深入的看下 Python3 中 enter 和 exit 的实现：

class IOBase(metaclass=abc.ABCMeta):
    # ... ...

    ### Context manager ###

    def __enter__(self):  # That's a forward reference
        """Context management protocol.  Returns self (an instance of IOBase)."""
        self._checkClosed()
        return self

    def __exit__(self, *args):
        """Context management protocol.  Calls close()"""
        self.close()