【Python】上下文管理协议__enter__和__exit__函数

部分程序中，可能事先要准备资源，事后做清理工作。 with方法就是python的非常酷的语句，安全可靠，方便。我们自己的类如何具备with的能力?必须拥有__enter__()函数和一个__exit__()函数，本章节介绍两个函数的能力。

对于这种场景，一个很好的例子是文件处理，你需要获取一个文件句柄，从文件中读取数据，然后关闭文件句柄。

一、with语句

1，文件读取操作，通常打开一个文件，然后读取文件内容，最后需要关闭文件，代码如下：

python 复制代码

f = open("./demofile2",mode="r",encoding="UTF-8")
for content in f:
    print(content)
f.close()

这样的程序文件打开正常时没问题，但是存在2个问题

可能忘记关闭文件句柄；
文件读取数据发生异常，没有进行任何处理。

2，使用with语句如下：

python 复制代码

with open("./demofile2",mode="r",encoding="UTF-8") as f:

    data = f.read()

# 离开with语句文件自动关闭
print(data)

3，with语句执行过程

with操作很魔法，Python对with的处理还很聪明。基本思想是with所求值的对象必须有一个__enter__()方法，一个__exit__()方法。

执行过程概述，with后面的语句被执行后，enter()函数被调用，enter_()的返回值将被赋值给as后面的变量，后边详细说明_enter__()函数返回值问题。当with后面的代码块全部被执行完之后，将调用_enter__()返回对象的__exit__()方法。

函数及参数说明：

enter(self):当with开始运行的时候触发此方法的运行
exit(self, exc_type, exc_val, exc_tb):当with运行结束之后触发此方法的运行
exc_type如果抛出异常,这里获取异常的类型
exc_val如果抛出异常,这里显示异常内容
exc_tb如果抛出异常,这里显示所在位置

4，代码示例

python 复制代码

class ConvertType(object):

    def __enter__(self):
        print("Entry with!")

        
    def __exit__(self,type,value,trace):
        print(f"type:{type}")
        print(f"value:{value}")
        print(f"trace:{trace}")
        print("Exit with!")
        
    def strToInt(self,targetString:str) -> int:
        return int(targetString)


with  ConvertType() as f:
    print(f)
    f.strToInt("1343f")

print("Done!")

4.1 执行结果

首先预测一下代码能否正常执行，尝试执行结果如下：

python 复制代码

Entry with!
None
type:<class 'AttributeError'>
value:'NoneType' object has no attribute 'strToInt'
trace:<traceback object at 0x1110a6b80>
Exit with!
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
Cell In[30], line 21
     19 with  ConvertType() as f:
     20     print(f)
---> 21     f.strToInt("1343f")
     23 print("Done!")

AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'strToInt'

报错分析：

发现print(f)打印为：None ,自然无法调用strToInt函数，也就是没有进入with...as代码块，原因如下：

with 语句执行时调用__enter__函数返回的对象成为f，这里__enter__函数没有return语句，默认返回None，因此f就是None

因此需要__enter__函数返回实例对象，修改代码如下：

python 复制代码

class ConvertType(object):

    def __enter__(self):
        print("Entry with!")
        return self #新增一行返回值对象本身self
        
    def __exit__(self,type,value,trace):
        print(f"type:{type}")
        print(f"value:{value}")
        print(f"trace:{trace}")
        print("Exit with!")
        
    def strToInt(self,targetString:str) -> int:
        return int(targetString)


with  ConvertType() as f:
    print(f)
    f.strToInt("1343f")

print("Done!")

4.2 __enter__函数加返回值执行结果

python 复制代码

Entry with!
<__main__.ConvertType object at 0x110fca000>
type:<class 'ValueError'>
value:invalid literal for int() with base 10: '1343f'
trace:<traceback object at 0x111070500>
Exit with!
---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
Cell In[31], line 21
     19 with  ConvertType() as f:
     20     print(f)
---> 21     f.strToInt("1343f")
     23 print("Done!")

Cell In[31], line 16, in ConvertType.strToInt(self, targetString)
     15 def strToInt(self,targetString:str) -> int:
---> 16     return int(targetString)

ValueError: invalid literal for int() with base 10: '1343f'

报错分析：

发现程序已经执行到了with...as代码块，在执行f.strToInt函数时报错了，原因是传入的参数"1343f"无法转化为int类型。另外我们还发现在with...as代码块执行失败后，最后一行代码print("Done!")没有被执行。

原因是__exit__函数没有返回值，在没有返回值的情况下，with...as代码块执行失败后，代码块程序会中断，即剩余代码块程序不会被执行，直接执行__exit__函数，__exit__函数无返回值的情况下会将错误暴露出来，如上执行结果。

那么给__exit__函数增加返回值"True"，修改代码：

python 复制代码

class ConvertType(object):

    def __enter__(self):
        print("Entry with!")
        return self
        
    def __exit__(self,type,value,trace):
        print(f"type:{type}")
        print(f"value:{value}")
        print(f"trace:{trace}")
        print("Exit with!")
        return True #新增一行返回值True
        
    def strToInt(self,targetString:str) -> int:
        return int(targetString)


with  ConvertType() as f:
    print(f)
    f.strToInt("1343f")

print("Done!")

4.3 __exit__函数加返回值后执行结果

python 复制代码

Entry with!
<__main__.ConvertType object at 0x1102c9c40>
type:<class 'ValueError'>
value:invalid literal for int() with base 10: '1343f'
trace:<traceback object at 0x1105d2180>
Exit with!
Done!

执行结果分析：

同样是参数"1343f"执行strToInt函数报错，但是错误信息被"吞掉"，没有暴露出来，而with...as语句块之外的剩余语句被执行，输出Done!

说明在__exit__函数返回True时，执行with...as代码块发生异常时会包装异常，执行会中断当前with...as语句块，然后执行执行__exit__函数，最后with语句以外的代码。

4.4 正常执行测试

给定一个数字类型的字符串进行测试，如"1343"，执行结果如下：

python 复制代码

Entry with!
<__main__.ConvertType object at 0x1102ca450>
type:None
value:None
trace:None
Exit with!
Done!

说明在with...as语句块正常执行时，传入__exit__函数的参数type，value，trace都为None。

5，总结

发现python语言with语句有很大的魔力，类似我们编写try...except...finally结构的程序，但是with语句很优雅、便捷。在处理文件打开关闭、网络链接打开关闭、事务性程序的事务打开和关闭等都可以在__exit__函数中释放资源。