上下文 & 上下文管理

在开发语言中，上下文一般是指的程序执行期间的环境和状态。它包括了当前的作用域和变量及对象、函数调用栈、执行状态、异常处理等信息。上下文提供了程序执行所需的背景和条件，以确保代码的正确执行。

在Python语言中，上下文管理 是一种用于管理资源的特殊机制，它通过定义 __enter__() 和 __exit__() 方法，允许你在进入和离开特定代码块时执行特定的操作。

其中

• __enter__ 方法：在进入代码块时执行的操作。它应该返回一个值，该值将被分配给 with 语句中的目标变量。
• __exit__ 方法：在离开代码块时执行的操作。它可以接受三个参数：异常类型、异常值和异常跟踪。

在 Python 中，有两种常见的方式来使用上下文管理器：with 语句和 contextlib 模块的装饰器。

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with 语句

with 语句提供了一种简洁的方式来使用上下文管理器。它的语法如下：

with 上下文管理器 as 变量:
    # 执行代码块

在进入代码块之前，会调用上下文管理器的 __enter__() 方法，它可以返回一个对象，将其赋值给变量。

然后执行代码块，无论代码块是否发生异常，都会在退出代码块后调用上下文管理器的 __exit__() 方法，用于释放资源或处理异常。

最常见的我们使用with来操作文件就是 使用上下文管理器的例子

with open('/tmp/text.txt', 'r') as file:
    data = file.read()
    # 对文件进行操作

在上述示例中，open('/tmp/text.txt', 'r') 返回的文件对象被用作上下文管理器。

文件对象的 __enter__() 方法在进入代码块前被调用，打开文件并返回文件对象。

然后在代码块中对文件进行操作。

最后退出代码块后，文件对象的 __exit__() 方法被调用，自动关闭文件。

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Question: 大家都知道 open 函数是Python内置函数，它本身是没有被装饰器装饰或者想类一样有那两个特殊方法，那么是如何能使用上下文管理呢？

我们做个实验如下

>>> file = '/tmp/1.txt'
>>> f = open(file, 'r')
>>> type(f)
<class '_io.TextIOWrapper'>

>>> f.__enter__
<built-in method __enter__ of _io.TextIOWrapper object at 0x7fb98a749860>

>>> f.__exit__
<built-in method __exit__ of _io.TextIOWrapper object at 0x7fb98a749860>
>>>

从上面看到 open 函数返回的是_io.TextIOWrapper 类，然后查看源码，发现 TextIOWrapper 继承自 _TextIOBase 而 _TextIOBase 继承自 _IOBase。 在 _IOBase 中定义了 __enter__() 和 __exit__() 方法。

或者可以通过 如下代码快速发现继承关系

>>> import inspect
>>> inspect.getmro(type(f))
(<class '_io.TextIOWrapper'>, <class '_io._TextIOBase'>, <class '_io._IOBase'>, <class 'object'>)

但是这里有个疑惑，从子类和父类中都没有看到具体的 __enter__() 和 __exit__() 方法的实现（实现应该是如下所示）。网上咨询，有人说是通过Python的解释器实现的。

def __enter__(self):
    # 打开文件
    return self

def __exit__(self, type, value, traceback):
    # 关闭文件
    self.close()

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contextlib.contextmanager 装饰器

在 contextlib 模块提供了一些用于创建上下文管理器的实用函数和装饰器。

其中最常用的是 contextmanager 装饰器，它可以将一个生成器函数转换为上下文管理器。

常见的用法如下

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def custom_context_manager():
    # 进入代码块前的操作
    # 获取资源
    resource = acquire_resource()
    try:
        yield resource
        # 退出代码块后的操作
    finally:
        # 释放资源
        release_resource(resource)

在上述示例中，`custom_context_manager()` 是一个生成器函数，使用 `@contextmanager` 装饰器将其转换为上下文管理器。

在生成器函数内部，可以在 `yield` 语句前后进行进入和退出代码块的操作。

其中 `yield` 语句将资源返回给代码块，代码块执行完毕后，继续执行生成器函数的剩余部分，最后执行 `finally` 块来释放资源。

然后我们就可以使用`with` 语句来使用`上下文管理器` 了

```python
with custom_context_manager() as resource:
    # 使用资源进行操作

在上述示例中，custom_context_manager() 返回的上下文管理器对象被用作 with 语句的上下文管理器。进入代码块前的操作在生成器函数的 yield 语句之前执行，退出代码块后的操作在生成器函数的 yield 语句之后执行。

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总结

1、 contextlib 模块的装饰器提供了一种创建上下文管理器的方法

2、with 语句提供了一种简洁的方式来使用上下文管理器

3、上下文管理器都可以确保在进入和退出代码块时执行特定的操作，从而实现资源的正确管理

比如Django工程中的数据库连接操作with connection.cursor() as cursor 、模板渲染操作with render(request, 'template.html', context) as t 等都是使用了上下文管理器

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