Python中的上下文管理器与with语句

描述
上下文管理器是Python中用于管理资源（如文件、网络连接、数据库会话）的对象，它通过with语句确保资源在使用后被正确释放，避免资源泄漏。核心机制是__enter__()和__exit__()方法。

知识要点分步讲解

1. 为什么需要上下文管理器？
   传统资源管理需手动调用关闭操作（如file.close()），若代码发生异常可能导致资源未释放。例如：

   f = open("file.txt", "r")
   data = f.read()  # 如果此处出错，f.close()不会执行！
   f.close()
   

   上下文管理器通过with语句自动处理资源的分配与释放，类似其他语言的try-with-resources。

2. with语句的基本用法
   with语句会创建一个临时上下文，在代码块执行前后自动调用管理器的逻辑：

   with open("file.txt", "r") as f:
       data = f.read()
   # 退出代码块后，文件自动关闭，即使发生异常也会安全清理
   

   这里的open()返回的文件对象就是一个内置的上下文管理器。

3. 上下文管理器的工作原理
   任何实现了上下文管理器协议（即__enter__和__exit__方法）的对象都可与with一起使用：

   • __enter__()：进入上下文时调用，返回值会赋值给as后的变量。
   • __exit__(exc_type, exc_val, exc_tb)：退出上下文时调用，处理异常或清理资源。
     • 参数exc_type, exc_val, exc_tb分别表示异常类型、值、追踪信息。
     • 若返回True，表示异常已被处理，不再抛出；返回False或None则异常继续传播。

4. 自定义上下文管理器示例
   以下模拟一个数据库连接管理器：

   class DatabaseConnection:
       def __enter__(self):
           print("连接数据库")
           return self  # 返回连接对象供代码块使用
   
       def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
           print("关闭数据库连接")
           if exc_type:  # 如果发生异常
               print(f"异常已处理：{exc_type}")
           return True   # 阻止异常传播
   
   # 使用示例
   with DatabaseConnection() as db:
       print("执行数据库操作")
       raise ValueError("模拟出错")  # 异常被__exit__捕获并处理
   print("代码继续执行")  # 异常未中断程序
   

   输出：

   连接数据库
   执行数据库操作
   关闭数据库连接
   异常已处理：<class 'ValueError'>
   代码继续执行
   

5. 使用contextlib简化创建
   对于简单场景，可用标准库contextlib的contextmanager装饰器快速创建：

   from contextlib import contextmanager
   
   @contextmanager
   def timer():
       start = time.time()
       try:
           yield start  # yield前的代码相当于__enter__，后相当于__exit__
       finally:
           print(f"耗时：{time.time() - start:.2f}秒")
   
   with timer() as t:
       time.sleep(1)
       print(f"起始时间戳：{t}")
   

关键总结

• 上下文管理器通过__enter__和__exit__确保资源安全管理。
• with语句简化了try-finally的样板代码，提高可读性。
• 内置类型（如文件、锁）已支持上下文管理器协议，自定义时可直接实现协议或使用contextlib。