什么是上下文管理器，Python with as底层原理详解

在介绍 with as 语句时讲到，该语句操作的对象必须是上下文管理器。那么，到底什么是上下文管理器呢？
简单的理解，同时包含enter()和exit()方法的对象就是上下文管理器。也就是说，上下文管理器必须实现如下两个方法：

1. enter(self)：进入上下文管理器自动调用的方法，该方法会在 with as 代码块执行之前执行。如果 with 语句有 as子句，那么该方法的返回值会被赋值给 as 子句后的变量；该方法可以返回多个值，因此在 as 子句后面也可以指定多个变量（多个变量必须由“()”括起来组成元组）。

2. exit(self,exc_type,exc_value,exc_traceback)：(self)：退出上下文管理器自动调用的方法。该方法会在 with as 代码块执行之后执行。如果 with as 代码块成功执行结束，程序自动调用该方法，调用该方法的三个参数都为 None：如果 with as 代码块因为异常而中止，程序也自动调用该方法，使用 sys.exc_info 得到的异常信息将作为调用该方法的参数。

当 with as 操作上下文管理器时，就会在执行语句体之前，先执行上下文管理器的enter()方法，然后再执行语句体，最后执行exit()方法。
构建上下文管理器，常见的有 2 种方式：基于类实现和基于生成器实现。

基于类的上文管理器

通过上面的介绍不难发现，只要一个类实现了 enter()和exit()这2个方法，程序就可以使用with as 语句来管理它，通过exit()方法的参数，即可判断出with代码块执行时是否遇到了异常。其实，上面程序中的文件对象也实现了这两个方法，因此可以接受with as 语句的管理。
下面我们自定义一个实现上下文管理协议的类，并尝试用 with as 语句来管理它：

class FkResource:
    def __init__(self,tag):
        self.tag = tag
        print("构造器,初始化资源:{0}".format(tag))

    # 定义__enter__方法，with体之前的执行方法
    def __enter__(self):
        print("__enter__{0}".format(self.tag))
        # 返回值作为as子句中变量的值
        return "admin"

    # 定义__exit__方法，with体之后的执行方法
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("__exit__{0}".format(self.tag))
        # exc_traceback为None，表示没有异常
        if exc_tb is None:
            print("没有异常时关闭资源")
        else:
            print("遇到异常时关闭资源")
            return False # 可以省略，默认返回None

with FkResource("admin") as dr:
    print(dr)
    print("with代码块没有异常")

print('----------------------------------')

with FkResource("username"):
    print("with代码块异常之前的代码")
    raise Exception
    print("with代码块,异常之后的代码")

运行上面程序，可以看到如下输出结果：

构造器,初始化资源:admin
__enter__admin
admin
with代码块没有异常
__exit__admin
没有异常时关闭资源
----------------------------------
构造器,初始化资源:username
__enter__username
with代码块异常之前的代码
__exit__username
遇到异常时关闭资源
Traceback (most recent call last):
  File "E:/workbook/Python平时练习学习目录/my_package/file_read.py", line 36, in <module>
    raise Exception
Exception

上面程序定义了一个 FkResource 类，并包含了 __enter__() 和 __exit__() 两个方法，因此该类的对象可以被 with as 语句管理。
此外，程序中两次使用 with as 语句管理 FkResource 对象。第一次代码块没有出现异常，第二次代码块出现了异常。从上面的输出结果来看，使用 with as 语句管理资源，无论代码块是否有异常，程序总可以自动执行 __exit__() 方法。

注意，当出现异常时，如果 __exit__ 返回 False（默认不写返回值时，即为 False），则会重新抛出异常，让 with as 之外的语句逻辑来处理异常；反之，如果返回 True，则忽略异常，不再对异常进行处理。

2、基于生成器的上下文管理器

除了基于类的上下文管理器，它还可以基于生成器实现。接下来先看一个例子。比如，我们可以使用装饰器 contextlib.contextmanager，来定义自己所需的基于生成器的上下文管理器，用以支持 with as 语句：

# 基于生成器的上下文管理器
from  contextlib import  contextmanager

@contextmanager
def file_manager(name,mode):
    try:
         f = open(name,mode)
         yield  f
    finally:
        f.close()

with file_manager("as .txt",'w') as f:
    f.write("hello word")

这段代码中，函数 file_manager() 就是一个生成器，当我们执行 with as 语句时，便会打开文件，并返回文件对象 f；当 with 语句执行完后，finally 中的关闭文件操作便会执行。另外可以看到，使用基于生成器的上下文管理器时，不再用定义 __enter__() 和 __exit__() 方法，但需要加上装饰器 @contextmanager，这一点新手很容易疏忽。

需要强调的是，基于类的上下文管理器和基于生成器的上下文管理器，这两者在功能上是一致的。只不过，基于类的上下文管理器更加灵活，适用于大型的系统开发，而基于生成器的上下文管理器更加方便、简洁，适用于中小型程序。
但是，无论使用哪一种，不用忘记在方法“__exit__()”或者是 finally 块中释放资源，这一点尤其重要。