理解Python中的with…as…语法

使用语言的好特性,而不是那些糟糕的特性————不知道谁说的

好久不学习python的语法了,上次去面试,和面试官聊到了python中的with-as statement(也称context manager),挺感兴趣的,这两天学习了一番,收获颇丰在此分享。

先说明一个常见问题,文件打开:

try:
    f = open('xxx')
    do something
except:
    do something
finally:
    f.close()

其实我个人不止一次在网上看到有这么写的了,这个是错的。
首先正确的如下:

try:
    f = open('xxx')
except:
    print 'fail to open'
    exit(-1)
try:
    do something
except:
    do something
finally:
    f.close()

很麻烦不是么,但正确的方法就是这么写。
我们为什么要写finally,是因为防止程序抛出异常最后不能关闭文件,但是需要关闭文件有一个前提就是文件已经打开了。
在第一段错误代码中,如果异常发生在f=open(‘xxx’)的时候,比如文件不存在,立马就可以知道执行f.close()是没有意义的。改正后的解决方案就是第二段代码。

好了言归正转,开始讨论with语法。

首先我们从下面这个问题谈起,try-finally的语法结构:

set things up
try:
    do something
finally:
    tear things down

这东西是个常见结构,比如文件打开,set things up就表示f=open('xxx')tear things down就表示f.close()。在比如像多线程锁,资源请求,最终都有一个释放的需求。Try…finally结构保证了tear things down这一段永远都会执行,即使上面do something得工作没有完全执行。

如果经常用这种结构,我们首先可以采取一个较为优雅的办法,封装!

def controlled_execution(callback):
    set things up
    try:
        callback(thing)
    finally:
        tear things down

def my_function(thing):
    do something

controlled_execution(my_function)

封装是一个支持代码重用的好办法,但是这个办法很dirty,特别是当do something中有修改一些local variables的时候(变成函数调用,少不了带来变量作用域上的麻烦)。

另一个办法是使用生成器,但是只需要生成一次数据,我们用for-in结构去调用他:

def controlled_execution():
    set things up
    try:
        yield thing
    finally:
        tear things down
        
for thing in controlled_execution():
    do something with thing

因为thing只有一个,所以yield语句只需要执行一次。当然,从代码可读性也就是优雅的角度来说这简直是糟糕透了。我们在确定for循环只执行一次的情况下依然使用了for循环,这代码给不知道的人看一定很难理解这里的循环是什么个道理。

最终的python-dev团队的解决方案。(python 2.5以后增加了with表达式的语法)

class controlled_execution:
    def __enter__(self):
        set things up
        return thing
    def __exit__(self, type, value, traceback):
        tear things down
        
with controlled_execution() as thing:
        do something

在这里,python使用了with-as的语法。当python执行这一句时,会调用__enter__函数,然后把该函数return的值传给as后指定的变量。之后,python会执行下面do something的语句块。最后不论在该语句块出现了什么异常,都会在离开时执行__exit__。
另外,__exit__除了用于tear things down,还可以进行异常的监控和处理,注意后几个参数。要跳过一个异常,只需要返回该函数True即可。下面的样例代码跳过了所有的TypeError,而让其他异常正常抛出。

def __exit__(self, type, value, traceback):
    return isinstance(value, TypeError)

在python2.5及以后,file对象已经写好了__enter__和__exit__函数,我们可以这样测试:

>>> f = open("x.txt")
>>> f
<open file 'x.txt', mode 'r' at 0x00AE82F0>
>>> f.__enter__()
<open file 'x.txt', mode 'r' at 0x00AE82F0>
>>> f.read(1)
'X'
>>> f.__exit__(None, None, None)
>>> f.read(1)
Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: I/O operation on closed file

之后,我们如果要打开文件并保证最后关闭他,只需要这么做:

with open("x.txt") as f:
    data = f.read()
    do something with data

如果有多个项,我们可以这么写:

with open("x.txt") as f1, open('xxx.txt') as f2:
    do something with f1,f2

上文说了__exit__函数可以进行部分异常的处理,如果我们不在这个函数中处理异常,他会正常抛出,这时候我们可以这样写(python 2.7及以上版本,之前的版本参考使用contextlib.nested这个库函数):

try:
    with open( "a.txt" ) as f :
        do something
except xxxError:
    do something about exception

总之,with-as表达式极大的简化了每次写finally的工作,这对保持代码的优雅性是有极大帮助的。

感谢以下参考资料:
stackoverflow: Catching an exception while using a Python ‘with’ statement
Understanding Python’s “with” statement
python docs:
http://docs.python.org/2/reference/compound_stmts.html#with
http://docs.python.org/2/reference/datamodel.html#context-managers
http://docs.python.org/2/library/contextlib.html#contextlib.nested

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13 thoughts on “理解Python中的with…as…语法”

  1. 这个应该才是正确的方式。见stackoverflow。
    try:
    f = open(“file”, “r”)
    try:
    line = f.readline()
    finally:
    f.close()
    except IOError:
    print(“bad”)

  2. 博主不知道python异常处理有else的写法吗?不用把f.close()放到finally而是放到else中
    try:
    f = open()
    except:
    xxx
    else:
    f.close()

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