Python中的上下文管理器和else块

导语：本文章记录了本人在学习Python基础之控制流程篇的重点知识及个人心得，打算入门Python的朋友们可以来一起学习并交流。

本文重点：

1、掌握if语句之外的else的用法；
2、掌握上下文管理器的定义、协议、使用和with块；
3、掌握有用的@contextmanger装饰器。

一、if语句之外的else块

1、else块介绍

if/else中if和else是同级对立的语句，对立是指流程经过一层if/else语句只能对应一种处理语句。而else在for/else，while/else，try/else语句中的功能则截然不同。后者中的else功能如下：

• for/else：for循环没有被break语句中止才运行else块。
• while/else：while循环没有被break语句中止才运行else块。
• try/else：try块中，没有异常抛出时才运行else块。

下面以for/else为例进行代码实现：

for i in "apple":
    if i.isupper():
        break
else:
    raise ValueError('No upper string was found')

2、try/else块背后的编程风格

try/except不仅用于处理错误，还用于处理错误，这属于EAFP编程风格。

• EAFP：easier to ask for forgiveness than permission
  取得原谅比获得许可容易。即先假定存在有效的键或属性，如果假定不成立，那么捕获异常。
• LBYL：look before you leap
  三思而后行。即在调用函数或查找属性或键之前显式测试前提条件。

二、上下文管理器和with块

1、上下文管理器介绍

上下文管理器(context manger)：在操作文件和建立数据库连接的时候，我们最终需要关闭资源，这就是上下文管理器存在的意义。
上下文管理器协议：包含__enter__和__exit__两个方法。
语法：try/finally模式和with语句
实例：try/finally模式

try:
    f = open('test.txt', 'a+')
    f.write('Foo\n')
finally:
    f.close()

接下来我们用with语句进行替换：
实例：with语句

with open('test.txt', 'a+') as f:
    f.write('Foo\n')

分析：open 的返回值赋值给变量 f，当离开 with 代码块的时候，系统会自动调用 f.close() 方法。
总结：with块的功能在于简化try/finally模式。with语句在开始运行时会在上下文管理器对象上调用__enter__，而with语句结束时会调用__exit__方法。
Tips:with语句中的as语句是可选的，as语句将__enter__返回的值绑定到as语句后的变量。值得注意的是，对于open函数必须加上as字句来获取文件的引用。

2、自定义上下文管理器

在掌握基本上下文管理器和with语句后，我们通过自定义上下文管理器来深刻认识with语句和__enter__以及__exit__的联系。
实例：自定义满足上下文管理器协议的类

class OpenFileDemo(object):
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename
 
        self.f = open(self.filename, 'a+')
        return self.f
 
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.f.close()
        if exc_type != SyntaxError:
            return True
       return False

with OpenFileDemo('test.txt') as f:
    f.write('Foo\n')

3、异常处理

当上下文管理器遇到异常时由__exit__方法处理。传给__exit__方法的三个参数如下：
exc_type：异常类（例如SyntaxError）。
exc_value：异常实例。有时会有参数传给异常构造方法，例如错误信息，可以使用exc_value.args获取这些参数。
traceback：traceback对象。

三、@contextmanger装饰器

@contextmanger装饰器是contextlib模块中的工具，它可以将包含yield的语句变成上下文管理器。
其中，yield之前的语句在__enter__方法中执行，yield之后的语句在__exit__方法执行,yield后面的值是函数的返回值，绑定到实际调用的with中的as子句的目标变量上。
如此可以避免编写一个类来实现上下文管理器协议。

实例：@contextmanger装饰器应用之计时器

import contextlib
import time

@contextlib.contextmanager
def timer():
    start=time.time()
    yield
    end=time.time()
    usedtime=end-start
    print('Running time was %r seconds'%usedtime)

with timer() as usedtime:
    time.sleep(1)

注意：一旦with块在调用timer出现异常时，抛出的异常会在timer函数中的yield表达式中再次抛出。如果timer函数没有处理异常的代码就会导致函数运行中止，系统处于无效状态。因此必要时在上下文管理器函数中使用try/finally语句防范错误。

@contextmanger集合了三个不同的Python特性：函数装饰器、生成器和with语句，非常实用！

四、contextlib模块中的实用工具

最后说明contextlib模块中包含的实用工具：

• closing: 如果对象提供了 close() 方法，但没有实现 _enter__/__exit_ 协议，那么可以使用这个函数构建上下文管理器。
• suppress: 构建临时忽略指定异常的上下文管理器。
• @contextmanager: 这个装饰器把简单的生成器函数变成上下文管理器，这样就不用创建类去实现管理器协议了。
• ContextDecorator: 这是个基类，用于定义基于类的上下文管理器。这种上下文管理器也能用于装饰函数，在受管理的上下文中运行整个函数。
• ExitStack: 这个上下文管理器能进入多个上下文管理器。with 块结束时，ExitStack 按照后进先出的顺序调用栈中各个上下文管理器的_exit_ 方法。如果事先不知道 with 块要进入多少个上下文管理器，可以使用这个类。例如，同时打开任意一个文件列表中的所有文件。

显然，在这些实用工具中，使用最广泛的是 @contextmanager 装饰器，因此要格外留心。这个装饰器也有迷惑人的一面，因为它与迭代无关，却要使用 yield 语句。