Pythonのwith構文とは？ファイルやソケットを安全に閉じる理由

# 最小のwith構文の例: ファイルを開いて1行書き込み、ブロックを出たら自動で閉じます
with open("mini.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("こんにちは、with構文!\n")

# ブロック外ではすでにクローズ済み
print("ブロック外でのf.closed:", f.closed)

# 自動クローズの動作確認
with open("auto_close.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("自動クローズのテスト\n")

print("クローズ済みか?", f.closed)

# クローズ後に操作しようとすると例外(ValueError)が発生します
try:
    f.write("もう書けないはず")
except ValueError as e:
    print("エラー発生:", e)

# 例外が発生しても確実にクローズされる
try:
    with open("safe.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
        f.write("途中まで書いた後に例外を発生させる\n")
        raise RuntimeError("テスト用の例外")
except RuntimeError as e:
    print("例外を捕捉:", e)

# withブロックを出ているので、fはクローズ済み
print("クローズ済みか?", f.closed)

# with版 (推奨)
with open("with_way.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("withは簡潔で安全\n")

# try/finally版 (冗長でミスしやすい)
f = open("try_finally_way.txt", "w", encoding="utf-8")
try:
    f.write("finallyで必ずcloseする必要がある\n")
finally:
    f.close()

# ファイルへ書き込み
with open("data.txt", "w", encoding="utf-8") as w:
    for i in range(3):
        w.write(f"line-{i}\n")

# ファイルを読み込み
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as r:
    lines = r.readlines()
    print("行数:", len(lines))
    print("先頭行:", lines[0].strip())

# 追記モードで開く
with open("data.txt", "a", encoding="utf-8") as a:
    a.write("追加の1行\n")

# 結果を確認
with open("data.txt", "r", encoding="utf-8") as r:
    last = r.readlines()[-1].strip()
    print("末尾行:", last)

# ソケットをwithで安全に扱う例
import socket

host = "example.com"
port = 80

# 最小のHTTP/1.1リクエスト
request = (
    f"GET / HTTP/1.1\r\n"
    f"Host: {host}\r\n"
    "Connection: close\r\n"
    "User-Agent: with-demo/1.0\r\n"
    "\r\n"
)

# create_connectionは接続に成功するとソケットを返す
with socket.create_connection((host, port), timeout=5) as sock:
    # 送信
    sock.sendall(request.encode("ascii"))
    # 受信(最初の1KBだけ取り出す)
    data = sock.recv(1024)

# レスポンスの先頭行を確認
first_line = data.splitlines()[0].decode("iso-8859-1", errors="replace")
print("HTTP応答の先頭行:", first_line)

# data.txtをコピーしてcopy.txtを作る例
with open("data.txt", "rb") as src, open("copy.txt", "wb") as dst:
    bytes_copied = dst.write(src.read())

print("コピーしたバイト数:", bytes_copied)

# ExitStackで動的な数のファイルを安全に開く例
from contextlib import ExitStack

filenames = ["data.txt", "copy.txt"]  # 実在するファイルの想定
with ExitStack() as stack:
    # enter_contextで開いたリソースは、with終了時に逆順で自動クローズ
    files = [stack.enter_context(open(name, "r", encoding="utf-8")) for name in filenames]
    total_lines = sum(len(f.readlines()) for f in files)

print("合計行数:", total_lines)

# 悪い例: 閉じたファイルオブジェクトを返してしまう
def open_and_return_bad():
    with open("temp_bad.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
        f.write("NGパターン")
        return f  # withを抜けるため、呼び出し側では既にクローズ済み

bad = open_and_return_bad()
print("返ってきたfはクローズ済み:", bad.closed)

try:
    bad.write("追記できないはず")
except ValueError as e:
    print("エラー:", e)

# 良い例: パスやデータを返す
def write_and_get_path():
    path = "temp_good.txt"
    with open(path, "w", encoding="utf-8") as f:
        f.write("OKパターン")
    return path  # withの外に出る時点で安全にクローズ済み

with open(write_and_get_path(), "r", encoding="utf-8") as f:
    print("内容:", f.read())

# NG: 不要にブロックが広い
with open("wide_scope.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("I/Oはここだけ")
    # ここから先は重い計算なのに、ファイルが開いたままになる
    total = sum(i * i for i in range(5_0000))

# OK: I/O部分だけを狭く囲む
with open("narrow_scope.txt", "w", encoding="utf-8") as f:
    f.write("I/Oはここまで")
# 以降はリソースを持たない計算
total = sum(i * i for i in range(5_0000))

# contextlib.closingで「close()だけ持つオブジェクト」をwith対応にする
from contextlib import closing

class LegacyResource:
    def use(self):
        print("使っています...")
    def close(self):
        print("close()が呼ばれました")

# closingで包むと、withブロックの終了時に必ずclose()が呼ばれる
with closing(LegacyResource()) as res:
    res.use()