什么是上下文？其實(shí)我們可以簡單地把它理解成環(huán)境。從一篇文章中抽出一句話，讓你來理解，我們會說這是斷章取義。為什么？因?yàn)槲覀儔焊蜎]考慮到這句話的上下文是什么。編程中的上下文也與此類似，比如『進(jìn)程上下文』，指的是一個進(jìn)程在執(zhí)行的時候，CPU 的所有寄存器中的值、進(jìn)程的狀態(tài)以及堆棧上的內(nèi)容等，當(dāng)系統(tǒng)需要切換到其他進(jìn)程時，系統(tǒng)會保留當(dāng)前進(jìn)程的上下文，也就是運(yùn)行時的環(huán)境，以便再次執(zhí)行該進(jìn)程。

迭代器有迭代器協(xié)議（Iterator Protocol），上下文管理器（Context manager）也有上下文管理協(xié)議（Context Management Protocol）。

• 上下文管理器協(xié)議，是指要實(shí)現(xiàn)對象的 __enter__() 和 __exit__() 方法。
• 上下文管理器也就是支持上下文管理器協(xié)議的對象，也就是實(shí)現(xiàn)了 __enter__() 和 __exit__() 方法。

這里先構(gòu)造一個簡單的上下文管理器的例子，以理解 __enter__() 和 __exit__() 方法。

from math import sqrt, pow

class Point(object):
    def __init__(self, x, y):
        print 'initialize x and y'
        self.x, self.y = x, y

    def __enter__(self):
        print "Entering context"
        return self

    def __exit__(self, type, value, traceback):
        print "Exiting context"

    def get_distance(self):
        distance = sqrt(pow(self.x, 2) + pow(self.y, 2))
        return distance

上面的代碼定義了一個 Point 類，并實(shí)現(xiàn)了 __enter__() 和 __exit__() 方法，我們還定義了 get_distance 方法，用于返回點(diǎn)到原點(diǎn)的距離。

通常，我們使用 with 語句調(diào)用上下文管理器：

with Point(3, 4) as pt:
    print 'distance: ', pt.get_distance()

# output
initialize x and y   # 調(diào)用了 __init__ 方法
Entering context     # 調(diào)用了 __enter__ 方法
distance:  5.0       # 調(diào)用了 get_distance 方法
Exiting context      # 調(diào)用了 __exit__ 方法

上面的 with 語句執(zhí)行過程如下：

• Point(3, 4) 生成了一個上下文管理器；
• 調(diào)用上下文管理器的 __enter__() 方法，并將 __enter__() 方法的返回值賦給 as 字句中的變量 pt;
• 執(zhí)行語句體（指 with 語句包裹起來的代碼塊）內(nèi)容，輸出 distance；
• 不管執(zhí)行過程中是否發(fā)生異常，都執(zhí)行上下文管理器的 __exit__() 方法。__exit__() 方法負(fù)責(zé)執(zhí)行『清理』工作，如釋放資源，關(guān)閉文件等。如果執(zhí)行過程沒有出現(xiàn)異常，或者語句體中執(zhí)行了語句 break/continue/return，則以 None 作為參數(shù)調(diào)用 __exit__(None, None, None)；如果執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常，則使用 sys.exc_info 得到的異常信息為參數(shù)調(diào)用 __exit__(exc_type, exc_value, exc_traceback)；
• 出現(xiàn)異常時，如果 __exit__(type, value, traceback) 返回 False 或 None，則會重新拋出異常，讓 with 之外的語句邏輯來處理異常；如果返回 True，則忽略異常，不再對異常進(jìn)行處理；

上面的 with 語句執(zhí)行過程沒有出現(xiàn)異常，我們再來看出現(xiàn)異常的情形：

with Point(3, 4) as pt:
    pt.get_length()        # 訪問了對象不存在的方法

# output
initialize x and y
Entering context
Exiting context
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-216-ab4a0e6b6b4a> in <module>()
      1 with Point(3, 4) as pt:
----> 2     pt.get_length()

AttributeError: 'Point' object has no attribute 'get_length'

在我們的例子中，__exit__ 方法返回的是 None（如果沒有 return 語句那么方法會返回 None）。因此，with 語句拋出了那個異常。我們對 __exit__ 方法做一些改動，讓它返回 True。

from math import sqrt, pow

class Point(object):
    def __init__(self, x, y):
        print 'initialize x and y'
        self.x, self.y = x, y

    def __enter__(self):
        print "Entering context"
        return self

    def __exit__(self, type, value, traceback):
        print "Exception has been handled"
        print "Exiting context"
        return True

    def get_distance(self):
        distance = sqrt(pow(self.x, 2) + pow(self.y,2 ))
        return distance

with Point(3, 4) as pt:
    pt.get_length()      # 訪問了對象不存在的方法

# output
initialize x and y
Entering context
Exception has been handled
Exiting context

可以看到，由于 __exit__ 方法返回了 True，因此沒有異常會被 with 語句拋出。

內(nèi)建對象使用 with 語句

除了自定義上下文管理器，Python 中也提供了一些內(nèi)置對象，可直接用于 with 語句中，比如最常見的文件操作。

傳統(tǒng)的文件操作經(jīng)常使用 try/finally 的方式，比如：

file = open('somefile', 'r')
try:
    for line in file:
        print line
finally:
    file.close()     # 確保關(guān)閉文件

將上面的代碼改用 with 語句：

with open('somefile', 'r') as file:
    for line in file:
        print line

可以看到，通過使用 with，代碼變得很簡潔，而且即使處理過程發(fā)生異常，with 語句也會確保我們的文件被關(guān)閉。

contextlib 模塊

除了在類中定義 __enter__ 和 __exit__ 方法來實(shí)現(xiàn)上下文管理器，我們還可以通過生成器函數(shù)（也就是帶有 yield 的函數(shù)）結(jié)合裝飾器來實(shí)現(xiàn)上下文管理器，Python 中自帶的 contextlib 模塊就是做這個的。

contextlib 模塊提供了三個對象：裝飾器 contextmanager、函數(shù) nested 和上下文管理器 closing。其中，contextmanager 是一個裝飾器，用于裝飾生成器函數(shù)，并返回一個上下文管理器。需要注意的是，被裝飾的生成器函數(shù)只能產(chǎn)生一個值，否則會產(chǎn)生 RuntimeError 異常。

下面我們看一個簡單的例子：

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def point(x, y):
    print 'before yield'
    yield x * x + y * y
    print 'after yield'

with point(3, 4) as value:
    print 'value is: %s' % value

# output
before yield
value is: 25
after yield

可以看到，yield 產(chǎn)生的值賦給了 as 子句中的 value 變量。

另外，需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然通過使用 contextmanager 裝飾器，我們可以不必再編寫 __enter__ 和 __exit__ 方法，但是『獲取』和『清理』資源的操作仍需要我們自己編寫：『獲取』資源的操作定義在 yield 語句之前，『釋放』資源的操作定義在 yield 語句之后。

小結(jié)

• 上下文管理器是支持上下文管理協(xié)議的對象，也就是實(shí)現(xiàn)了 __enter__ 和 __exit__ 方法。
• 通常，我們使用 with 語句調(diào)用上下文管理器。with 語句尤其適用于對資源進(jìn)行訪問的場景，確保執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常情況時也可以對資源進(jìn)行回收，比如自動關(guān)閉文件等。
• __enter__ 方法在 with 語句體執(zhí)行前調(diào)用，with 語句將該方法的返回值賦給 as 字句中的變量，如果有 as 字句的話。
• __exit__ 方法在退出運(yùn)行時上下文時被調(diào)用，它負(fù)責(zé)執(zhí)行『清理』工作，比如關(guān)閉文件，釋放資源等。如果退出時沒有發(fā)生異常，則 __exit__ 的三個參數(shù)，即 type, value 和 traceback 都為 None。如果發(fā)生異常，返回 True 表示不處理異常，否則會在退出該方法后重新拋出異常以由 with 語句之外的代碼邏輯進(jìn)行處理。

參考資料

• 編程中什么是「Context(上下文)」？ - 知乎
• 淺談 Python 的 with 語句
• 上下文管理器 · Python進(jìn)階