在 Python 2.5 中， with 關鍵字被加入。它將常用的 try ... except ... finally ... 模式很方便的被復用。看一個最經典的例子：

            
with open('file.txt') as f:
  content = f.read()

          

在這段代碼中，無論 with 中的代碼塊在執行的過程中發生任何情況，文件最終都會被關閉。如果代碼塊在執行的過程中發生了一個異常，那么在這個異常被拋出前，程序會先將被打開的文件關閉。

再看另外一個例子。

在發起一個數據庫事務請求的時候，經常會用類似這樣的代碼：

            
db.begin()

try:
  # do some actions
except:
  db.rollback()
  raise
finally:
  db.commit()


          

如果將發起事務請求的操作變成可以支持 with 關鍵字的，那么用像這樣的代碼就可以了：

            
with transaction(db):
  # do some actions

          

下面，詳細的說明一下 with 的執行過程，并用兩種常用的方式實現上面的代碼。

with 的一般執行過程

一段基本的 with 表達式，其結構是這樣的：

            
with EXPR as VAR:
  BLOCK

          

其中： EXPR 可以是任意表達式； as VAR 是可選的。其一般的執行過程是這樣的：

1. 計算 EXPR ，并獲取一個上下文管理器。
2. 上下文管理器的 __exit()__ 方法被保存起來用于之后的調用。
3. 調用上下文管理器的 __enter()__ 方法。
4. 如果 with 表達式包含 as VAR ，那么 EXPR 的返回值被賦值給 VAR 。
5. 執行 BLOCK 中的表達式。
6. 調用上下文管理器的 __exit()__ 方法。如果 BLOCK 的執行過程中發生了一個異常導致程序退出，那么異常的 type 、 value 和 traceback (即 sys.exc_info()的返回值 )將作為參數傳遞給 __exit()__ 方法。否則，將傳遞三個 None 。
   

將這個過程用代碼表示，是這樣的：

            
mgr = (EXPR)
exit = type(mgr).__exit__ # 這里沒有執行
value = type(mgr).__enter__(mgr)
exc = True

try:
  try:
    VAR = value # 如果有 as VAR
    BLOCK
  except:
    exc = False
    if not exit(mgr, *sys.exc_info()):
      raise
finally:
  if exc:
    exit(mgr, None, None, None)


          

這個過程有幾個細節：

如果上下文管理器中沒有 __enter()__ 或者 __exit()__ 中的任意一個方法，那么解釋器會拋出一個 AttributeError 。
在 BLOCK 中發生異常后，如果 __exit()__ 方法返回一個可被看成是 True 的值，那么這個異常就不會被拋出，后面的代碼會繼續執行。

接下來，用兩種方法來實現上面來實現上面的過程的吧。

實現上下文管理器類

第一種方法是實現一個類，其含有一個實例屬性 db 和上下文管理器所需要的方法 __enter()__ 和 __exit()__ 。

            
class transaction(object):
  def __init__(self, db):
    self.db = db

  def __enter__(self):
    self.db.begin()

  def __exit__(self, type, value, traceback):
    if type is None:
      db.commit()
    else:
      db.rollback()


          

了解 with 的執行過程后，這個實現方式是很容易理解的。下面介紹的實現方式，其原理理解起來要復雜很多。

使用生成器裝飾器

在Python的標準庫中，有一個裝飾器可以通過生成器獲取上下文管理器。使用生成器裝飾器的實現過程如下：

            
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def transaction(db):
  db.begin()

  try:
    yield db
  except:
    db.rollback()
    raise
  else:
    db.commit()


          

第一眼上看去，這種實現方式更為簡單，但是其機制更為復雜。看一下其執行過程吧：

1. Python解釋器識別到 yield 關鍵字后， def 會創建一個生成器函數替代常規的函數（在類定義之外我喜歡用函數代替方法）。
2. 裝飾器 contextmanager 被調用并返回一個幫助方法，這個幫助函數在被調用后會生成一個 GeneratorContextManager 實例。最終 with 表達式中的 EXPR 調用的是由 contentmanager 裝飾器返回的幫助函數。
3. with 表達式調用 transaction(db) ，實際上是調用幫助函數。幫助函數調用生成器函數，生成器函數創建一個生成器。
4. 幫助函數將這個生成器傳遞給 GeneratorContextManager ，并創建一個 GeneratorContextManager 的實例對象作為上下文管理器。
5. with 表達式調用實例對象的上下文管理器的 __enter()__ 方法。
6. __enter()__ 方法中會調用這個生成器的 next() 方法。這時候，生成器方法會執行到 yield db 處停止，并將 db 作為 next() 的返回值。如果有 as VAR ，那么它將會被賦值給 VAR 。
7. with 中的 BLOCK 被執行。
8. BLOCK 執行結束后，調用上下文管理器的 __exit()__ 方法。 __exit()__ 方法會再次調用生成器的 next() 方法。如果發生 StopIteration 異常，則 pass 。
9. 如果沒有發生異常生成器方法將會執行 db.commit() ，否則會執行 db.rollback() 。
   

再次看看上述過程的代碼大致實現：

            
def contextmanager(func):
  def helper(*args, **kwargs):
    return GeneratorContextManager(func(*args, **kwargs))
  return helper

class GeneratorContextManager(object):
  def __init__(self, gen):
    self.gen = gen

  def __enter__(self):
    try:
      return self.gen.next()
    except StopIteration:
      raise RuntimeError("generator didn't yield")

  def __exit__(self, type, value, traceback):
    if type is None:
      try:
        self.gen.next()
      except StopIteration:
        pass
      else:
        raise RuntimeError("generator didn't stop")
    else:
      try:
        self.gen.throw(type, value, traceback)
        raise RuntimeError("generator didn't stop after throw()")
      except StopIteration:
        return True
      except:
        if sys.exc_info()[1] is not value:
          raise


          

總結

Python的 with 表達式包含了很多Python特性。花點時間吃透 with 是一件非常值得的事情。

一些其他的例子

鎖機制

            
@contextmanager
def locked(lock):
  lock.acquired()
  try:
    yield
  finally:
    lock.release()

          

標準輸出重定向

            
@contextmanager
def stdout_redirect(new_stdout):
  old_stdout = sys.stdout
  sys.stdout = new_stdout
  try:
    yield
  finally:
    sys.stdout = old_stdout

with open("file.txt", "w") as f:
  with stdout_redirect(f):
    print "hello world"


          

參考資料

The Python “with” Statement by Example

PEP 343