简单介绍Python中的try和finally和with方法

用 Python 做一件很平常的事情: 打开文件, 逐行读入, 最后关掉文件; 进一步的需求是, 这也许是程序中一个可选的功能, 如果有任何问题, 比如文件无法打开, 或是读取出错, 那么在函数内需要捕获所有异常, 输出一行警告并退出. 代码可能一开始看起来是这样的

def read_file(): 
  try: 
    f = open('yui', 'r') 
    print ''.join(f.readlines()) 
  except: 
    print 'error occurs while reading file'
  finally: 
    f.close()

不过这显然无法运作, 因为 f 是在 try 块中定义的, 而在 finally 中无法引用.

如果将 f 提取到 try 块外部, 如

def read_file(): 
   f = open('azusa', 'r') 
  try: 
    print ''.join(f.readlines()) 
  except: 
    print 'error occurs while reading file'
  finally: 
    f.close()

那么, 问题在于当打开文件失败, 抛出异常将不会被捕获.

挫一点的方法自然是, 再套一层 try 吧

def read_file(): 
   try: 
    f = open('sawako', 'r') 
    try: 
      print ''.join(f.readlines()) 
    except: 
      print 'error occurs while reading file'
    finally: 
      f.close() 
   except: 
     print 'error occurs while reading file'

当然这不仅仅是多一层缩进挫了, 连警告输出都白白多一次呢.

正规一点的方式是, 使用 Python 引入的 with 结构来解决, 如

def readFile(): 
  try: 
     with open('mio', 'r') as f: 
      print ''.join(f.readlines()) 
  except: 
    print 'error occurs while reading file'

当文件打开失败时, 异常自然会被 except 到; 否则, 在 with 块结束之后, 打开的文件将自动关闭.

除了打开文件, 还有其它这样可以用于 with 的东西么? 或者说, 怎么自定义一个什么东西, 让它能用于 with 呢?
直接回答后一个问题吧, 秘密在于 Python 虚拟机在 with 块退出时会去寻找对象的 __exit__ 方法并调用它, 把释放资源的动作放在这个 __exit__ 函数中就可以了; 另外, 对象还需要一个 __enter__ 函数, 当进入 with 块时, 这个函数被调用, 而它的返回值将作为 as 后引用的值. 一个简单的例子是

class Test: 
  def __init__(self): 
    print 'init'
 
  def __enter__(self): 
    print 'enter'
    return self
 
  def __exit__(self, except_type, except_obj, tb): 
    print except_type 
    print except_obj 
    import traceback 
    print ''.join(traceback.format_tb(tb)) 
    print 'exit'
    return True
 
with Test() as t: 
  raise ValueError('kon!')

执行这一段代码, 输出将会是

init 
enter 
<type 'exceptions.ValueError'> 
kon! 
 File "test.py", line 17, in <module> 
  raise ValueError('kon!') 
 
exit

__exit__ 函数接受三个参数, 分别是异常对象类型, 异常对象和调用栈. 如果 with 块正常退出, 那么这些参数将都是 None . 返回 True 表示发生的异常已被处理, 不再继续向外抛出.

简单的介绍到此为止, 详细的情况可以参考 PEP 343 (这数字真不错, 7 3 ).

下面介绍下 with 语句的实例用法 & 高级用法：

Python高端、大气、上档次的with语句

在说with语句之前，先看看一段简单的代码吧

lock = threading.Lock()
...
lock.acquire()
elem = heapq.heappop(heap)
lock.release()

很简单直观，多个线程共用一个优先级队列的时候，首先先用互斥锁lock.acquire()把优先级队列锁上，然后取元素，再然后lock.release()释放这个锁。

虽然看似非常符合逻辑的一个过程，但是里面隐藏着一个巨大的bug：当heap里面没有元素的时候，会抛出一个IndexError异常，再然后堆栈回滚，再然后lock.release()根本不会执行，这个锁就永远得不到释放，因此就发生了喜闻乐见的死锁问题。这个也是很多大神们讨厌异常的原因。经典Java风格的解决方案就是

lock = threading.Lock()
...
lock.acquire()
try:
  elem = heapq.heappop(heap)
finally:
  lock.release()

这个虽然可以，但是怎么看怎么dirty，和Python优雅、简单的风格出入很大。其实，自从Python2.5开始引入了with语句，一切就变得非常简单：

lock = threading.Lock()
...
with lock:
  elem = heapq.heappop(heap)

在此无论以何种方式离开with语句的代码块，锁都会被释放。
with语句的设计目的就是为了使得之前需要通过try...finally解决的清理资源问题变得简单、清晰，它的的用法是

with expression [as variable]:
  with-block

其中expression返回一个叫做「context manager」的对象，然后这个对象被赋给variable（如果有的话）。「context manager」对象有两个方法，分别是__enter__()和__exit__()，很明显一个在进入with-block时调用，一个离开with-block的时候调用。

这样的对象不需要自己去实现，在Python标准库里面很多API都是已经实现了这两个方法，最常见的一个例子就是读写文件的open语句。

with open('1.txt', encoding = 'utf-8') as fp:
  lines = fp.readlines()

无论是正常离开还是因为异常原因离开with语句块，打开的文件资源总是会释放。
接下去讨论一下with语句配合contextlib库的一些比较实用的方法，比如需要同时打开两个文件，一个读一个写，这个时候就可以这样写：

from contextlib import nested
...
with nested(open('in.txt'), open('out.txt', 'w')) as (fp_in, fp_out):
  ...

这样就可以省掉两个with的语句的嵌套了，另外如果遇到一些还没有支持「context manager」的API呢？比如urllib.request.urlopen()，这个返回的对象因为不是「context manager」，结束的时候还需要自己去调用close方法。
类似这种API，contextlib提供了一个叫做closing方法，它会在离开with语句的时候，自动调用对象的close方法，因此urlopen也可以这样写：

from contextlib import closing
...
with closing(urllib.request.urlopen('http://www.yahoo.com')) as f:
  for line in f:
    sys.stdout.write(line)

def read_file(): 
  try: 
    f = open('yui', 'r') 
    print ''.join(f.readlines()) 
  except: 
    print 'error occurs while reading file'
  finally: 
    f.close()