什么是上下文管理器和 with 语句？

Question

什么是上下文管理器和 with 语句？

Accepted Answer

**上下文管理器**是一个定义 setup 和 teardown 逻辑的对象，与 **`with`** 语句一起使用。它保证清理操作（关闭文件、释放锁、回滚事务）自动发生 — 即使发生错误。

## 它解决的问题

```python
# ❌ manual cleanup — error-prone; if processing throws, the file never closes
f = open("file.txt")
data = f.read()
process(data)        # if this raises, f.close() below is skipped → leaked file handle
f.close()

# ✅ with statement — guarantees the file is closed, no matter what
with open("file.txt") as f:
    data = f.read()
    process(data)
# f is automatically closed here — even if process() raised an exception
```

`with` 块确保当块退出时（无论是正常还是通过异常）`f.close()` 都会运行 — 消除了遗忘或跳过清理导致的资源泄漏。

## 常见的上下文管理器

```python
with open("f.txt") as f: ...           # files (auto-close)
with lock:                              # threading locks (auto-release)
    shared_resource += 1
with db.transaction():                  # DB transactions (auto-commit/rollback)
    ...
with open("a") as a, open("b") as b:    # multiple at once
    ...
```

## 自己编写 — 类的方式

```python
class Timer:
    def __enter__(self):                 # SETUP — runs at `with` entry
        self.start = time.perf_counter()
        return self                       # the value bound to `as`
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, tb):  # TEARDOWN — runs at exit (even on error)
        print(f"took {time.perf_counter() - self.start:.3f}s")
        # return False → propagate any exception; True → suppress it

with Timer():
    do_work()
```

上下文管理器实现 `__enter__`（setup）和 `__exit__`（cleanup，接收任何异常信息）。

## 更简单的方式 — contextlib

```python
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def timer():
    start = time.perf_counter()
    try:
        yield                            # everything before yield = setup; after = teardown
    finally:
        print(f"took {time.perf_counter() - start:.3f}s")

with timer():
    do_work()
```

`@contextmanager` 装饰器将生成器转变为上下文管理器 — `yield` 之前是 setup，之后是 cleanup（为安全起见在 `finally` 中）。

## 为什么这很重要

上下文管理器和 `with` 是**安全处理资源管理**的 Pythonic 方式 — 保证文件被关闭、锁被释放、连接被返回、事务被完成，即使发生异常。

这防止了资源泄漏和不一致的状态，这是手动清理中常见的 bug 来源。

它们被广泛使用（每个文件操作都应该使用 `with`），知道如何编写自己的上下文管理器（通过 `__enter__`/`__exit__` 或更简单的 `@contextmanager`）让你能以干净且可靠的方式封装任何 setup/teardown 模式。