《Python程序設(shè)計(jì)》課件8-異常處理

~1~第八章異常處理目錄異?；靖拍町惓Ｌ幚斫Y(jié)構(gòu)主動(dòng)拋出異常斷言上下文管理編程實(shí)踐本章習(xí)題-2-1.異常基本概念當(dāng)程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生異常（Exception）例如除以0、下標(biāo)越界、文件不存在、網(wǎng)絡(luò)異常、類(lèi)型錯(cuò)誤、磁盤(pán)空間不足等軟件的發(fā)展歷史告訴我們：異常是不可避免的因此，正視異常，允許異常的產(chǎn)生，當(dāng)異常產(chǎn)生了，采取適當(dāng)措施處理異常即可常見(jiàn)的Python異常類(lèi)型ValueError：當(dāng)函數(shù)接收到一個(gè)具有正確類(lèi)型但不適當(dāng)值的參數(shù)時(shí)觸發(fā)TypeError：當(dāng)操作或函數(shù)應(yīng)用于不適當(dāng)類(lèi)型的對(duì)象時(shí)觸發(fā)IndexError：當(dāng)序列中沒(méi)有此索引（index）時(shí)觸發(fā)KeyError：當(dāng)字典中不存在指定的鍵時(shí)觸發(fā)ZeroDivisionError：當(dāng)除數(shù)為零時(shí)觸發(fā)FileNotFoundError：當(dāng)嘗試訪問(wèn)不存在的文件時(shí)觸發(fā)3例1：嘗試訪問(wèn)不存在的字典鍵會(huì)觸發(fā)KeyError：my_dict={'a':1,'b':2}print(my_dict['c'])#KeyError:'c’通過(guò)檢查鍵是否存在于字典中，或使用dict.get()方法，可以避免這種錯(cuò)誤不適當(dāng)?shù)念?lèi)型會(huì)觸發(fā)TypeError：name='StudentNO.'+1#TypeError:canonlyconcatenatestr(not"int")tostr修改為：name='StudentNo.'+str(1)42.異常處理結(jié)構(gòu)語(yǔ)法異常：在調(diào)試（debug）程序過(guò)程中即可發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，根據(jù)系統(tǒng)的錯(cuò)誤提示改正即可異常處理流程：但有些錯(cuò)誤卻在調(diào)試時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，比如網(wǎng)絡(luò)異常、磁盤(pán)空間不足、下標(biāo)越界等，只在某些特定條件下才可能發(fā)生。通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)合適的異常處理機(jī)制，程序在遇到異常情況時(shí)能夠自動(dòng)執(zhí)行這些處理流程，從而有效地糾正或管理這些異常這種做法不僅提高了程序的穩(wěn)定性，而且確保了在遭遇意外情況時(shí)程序仍能平穩(wěn)運(yùn)行或優(yōu)雅地終止5異常處理結(jié)構(gòu)異常處理結(jié)構(gòu)在Python編程中，處理異常的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是使用try...except...語(yǔ)句。這種結(jié)構(gòu)使得開(kāi)發(fā)者能夠捕捉并妥善處理在程序執(zhí)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常，從而防止程序意外崩潰基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)如下：try:#這部分是可能出現(xiàn)異常的代碼塊exceptException[asreason]:#這部分是當(dāng)捕捉到異常時(shí)執(zhí)行的代碼塊，reason變量用于獲取異常的具體信息異常處理的邏輯如果try代碼塊中的語(yǔ)句運(yùn)行無(wú)異常：程序?qū)⑻^(guò)except塊，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)代碼如果try代碼塊中出現(xiàn)異常，且該異常被except子句捕獲：那么程序?qū)?zhí)行except子句中的異常處理代碼如果try代碼塊中出現(xiàn)異常，但未被except捕獲：則異常會(huì)被向外拋出如果所有層次都沒(méi)有捕獲和處理該異常：程序最終將終止，并向用戶(hù)顯示異常信息6例：whileTrue:

try:x=int(input("Pleaseenteranumber:"))break

except

ValueError:print("Thisisnotavalidnumber.Pleasetryagain...")如果用戶(hù)輸入的不是數(shù)字，將產(chǎn)生ValueError異常7擴(kuò)展的異常處理結(jié)構(gòu)除了基本的try...except...結(jié)構(gòu)外，還可以加入else和finally語(yǔ)句，以及多個(gè)except子句，形成更完整的異常處理流程擴(kuò)展的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)try:#可能引發(fā)異常的代碼exceptException1[asreason1]:#處理第一種類(lèi)型的異常exceptException2[asreason2]:#處理第二種類(lèi)型的異常...else:#如果沒(méi)有異常發(fā)生，則執(zhí)行這個(gè)代碼塊finally:#無(wú)論是否發(fā)生異常，都會(huì)執(zhí)行這個(gè)代碼塊，通常用于釋放資源8例：try:#嘗試執(zhí)行的代碼，可能會(huì)產(chǎn)生異常

result=10/0exceptZeroDivisionError:#處理除零異常

print("不能除以零。")exceptTypeError:#處理類(lèi)型錯(cuò)誤異常

print("類(lèi)型錯(cuò)誤。")else:#如果沒(méi)有異常發(fā)生

print("操作成功。")finally:#無(wú)論是否發(fā)生異常

print("操作完成。")93.主動(dòng)拋出異常raise語(yǔ)句：允許程序員強(qiáng)制觸發(fā)指定的異常，這在需要明確指出錯(cuò)誤條件或強(qiáng)制執(zhí)行特定錯(cuò)誤處理邏輯時(shí)非常有用基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)：raiseExceptionType("錯(cuò)誤信息")ExceptionType是要拋出的異常類(lèi)型，如ValueError,TypeError等，而“錯(cuò)誤信息”則是提供給異常處理器的額外信息10舉例：數(shù)據(jù)通信在數(shù)據(jù)通信中，確保所有的操作都在有效連接上執(zhí)行非常關(guān)鍵。如果嘗試在尚未建立或已關(guān)閉的連接上發(fā)送數(shù)據(jù)，可能會(huì)導(dǎo)致程序錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失。為了管理這種潛在的錯(cuò)誤并增強(qiáng)程序的健壯性，開(kāi)發(fā)者可以采用異常處理機(jī)制來(lái)明確地監(jiān)控和響應(yīng)連接狀態(tài)defsend_data(data,connection):ifnotconnection.is_open():raiseConnectionError("Connectionisnotopen.")connection.send(data)connection=NetworkConnection()try:send_data("Hello",connection)exceptConnectionErrorase:print(e)#輸出:Connectionisnotopen.send_data函數(shù)在發(fā)送數(shù)據(jù)前檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否開(kāi)啟，如果連接沒(méi)有開(kāi)啟，則拋出ConnectionError11兩種錯(cuò)誤管理策略?xún)煞N常見(jiàn)的錯(cuò)誤管理策略：使用預(yù)檢查和拋出異常處理預(yù)檢查方法：send_data(data,connection):ifnotconnection.is_open():print("Connectionisnotopen.")returnconnection.send(data)connection=NetworkConnection()send_data("Hello",connection)優(yōu)點(diǎn)：直觀和顯式：代碼中直接檢查條件，如連接狀態(tài)，可以讓代碼的邏輯更加明確和直觀防御性編程：通過(guò)預(yù)檢查防止錯(cuò)誤的發(fā)生，可以減少異常的使用，使得程序結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：代碼冗余：如果多個(gè)地方需要做同樣的檢查，可能導(dǎo)致代碼重復(fù)靈活性差：預(yù)檢查方法通常針對(duì)特定的錯(cuò)誤條件，如果錯(cuò)誤類(lèi)型或檢查邏輯需要變化，可能需要更多的代碼修改錯(cuò)誤處理分散：如果檢查邏輯散布在代碼的多個(gè)部分，那么維護(hù)錯(cuò)誤處理邏輯可能變得復(fù)雜12拋出異常方法:優(yōu)點(diǎn)：集中錯(cuò)誤處理：通過(guò)異?？梢詫㈠e(cuò)誤處理邏輯集中在一個(gè)或幾個(gè)地方，便于維護(hù)和修改。處理意外情況：異常處理非常適合處理那些難以預(yù)料的錯(cuò)誤或程序中的非正常情況。強(qiáng)制錯(cuò)誤處理：使用異?？梢詮?qiáng)制調(diào)用者處理潛在的錯(cuò)誤，特別是在API和庫(kù)設(shè)計(jì)中非常有用。缺點(diǎn)：可能隱藏錯(cuò)誤：過(guò)度依賴(lài)異常可能導(dǎo)致開(kāi)發(fā)者忽視防御性編程，從而使得某些錯(cuò)誤在發(fā)生前未能被充分考慮。結(jié)論:如果錯(cuò)誤條件預(yù)期會(huì)頻繁發(fā)生，或者錯(cuò)誤檢查是程序正常流程的一部分，使用預(yù)檢查可能更合適。如果錯(cuò)誤情況較少，或者錯(cuò)誤處理需要集中管理，使用異常拋出可能更有優(yōu)勢(shì)。最佳實(shí)踐是結(jié)合使用這兩種方法：在可能的情況下進(jìn)行預(yù)檢查來(lái)避免錯(cuò)誤，同時(shí)通過(guò)異常處理來(lái)管理不可避免或未預(yù)料到的錯(cuò)誤情況13自定義異常類(lèi)自定義異常類(lèi)：用于表示程序中的特定錯(cuò)誤情況，并使用raise語(yǔ)句主動(dòng)拋出自定義異常通常繼承自?xún)?nèi)置的異常類(lèi)，比如Exception定義自定義異常classMyCustomError(Exception):def__init__(self,message):self.message=messagesuper().__init__(message)使用raise拋出自定義異常defcheck_age(age):ifage<18:raiseMyCustomError("年齡不足18歲")return"年齡已確認(rèn)"try:user_age=check_age(16)exceptMyCustomErrorase:print("發(fā)生異常：",e)144.斷言斷言：是一種在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中提供一種快速的錯(cuò)誤識(shí)別機(jī)制.通過(guò)在代碼中插入斷言，可聲明某個(gè)條件必須為真，從而檢查程序的內(nèi)部狀態(tài)或者變量的值。如果斷言的條件計(jì)算結(jié)果為假，程序?qū)伋鲆粋€(gè)AssertionError，提示在這一點(diǎn)上存在問(wèn)題斷言assert常用于程序調(diào)試assert語(yǔ)法結(jié)構(gòu)assertexpression[,reason]當(dāng)程序處于調(diào)試（debug）狀態(tài)，即設(shè)置__debug__為T(mén)rue時(shí)，assert語(yǔ)句才會(huì)被執(zhí)行；否則，即程序處于發(fā)布（release）狀態(tài)，該語(yǔ)句不會(huì)被執(zhí)行，從而提高程序運(yùn)行速度斷言與異常處理經(jīng)常結(jié)合使用斷言可被視為一種內(nèi)部檢查機(jī)制異常處理則用于處理程序與外部交互時(shí)可能遇到的錯(cuò)誤情況15舉例：defget_first_element(data_list):

assertlen(data_list)>0,"Thelistcannotbeempty!"returndata_list[0]data=[1,2,3,4,5]try:print("Firstelement:",get_first_element(data))exceptAssertionErroraserror:print("Error:",error)try:empty_data=[]print("Firstelement:",get_first_element(empty_data))exceptAssertionErroraserror:print("Error:",error)16上下文管理上下文管理：主要用于簡(jiǎn)化資源的管理，特別是在那些需要精確控制資源釋放的場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、文件操作、多線程和多進(jìn)程等領(lǐng)域with語(yǔ)句的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠保證即使在發(fā)生異常的情況下，資源也能被適當(dāng)?shù)蒯尫藕颓謇韜ith語(yǔ)句的基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)withcontext_expression[asvar]:with代碼塊context_expression通常是一個(gè)上下文管理器，而可選的asvar部分則是將這個(gè)管理器返回的對(duì)象賦值給變量17舉例：上下文管理舉例：以數(shù)據(jù)庫(kù)連接為例，使用with語(yǔ)句可以確保數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)話在使用后正確關(guān)閉，即使在數(shù)據(jù)庫(kù)操作過(guò)程中發(fā)生異常也能保證這一點(diǎn)importsqlite3#假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件為'database.db'withsqlite3.connect('database.db')asconn:cursor=conn.cursor()cursor.execute('SELECT*FROMsome_table')forrowincursor.fetchall():print(row)with語(yǔ)句用于建立與SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，并將連接對(duì)象賦值給變量conn。with代碼塊內(nèi)部的代碼用于執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)并處理結(jié)果。當(dāng)with代碼塊執(zhí)行完畢后，無(wú)論是正常結(jié)束還是由于異常，數(shù)據(jù)庫(kù)連接都會(huì)自動(dòng)關(guān)閉186.編程實(shí)踐例1：從文件中讀取指定行數(shù)的文本內(nèi)容首先將指定的文本內(nèi)容寫(xiě)入文件，然后根據(jù)用戶(hù)輸入，從文件中讀取指定行數(shù)。如果用戶(hù)輸入的行數(shù)大于文件中的行數(shù)，程序?qū)⒆x取并輸出文件的所有內(nèi)容。該程序還需要處理可能的異常情況，包括文件寫(xiě)入時(shí)的I/O錯(cuò)誤、文件不存在錯(cuò)誤，以及用戶(hù)輸入無(wú)效數(shù)字的情況。1920defwrite_to_file(file_path,file_content):try:withopen(file_path,"w")asfile:file.write("\n".join(file_content))print(f"已成功將內(nèi)容寫(xiě)入文件'{file_path}'。")exceptIOErrorase:print(f"錯(cuò)誤：無(wú)法寫(xiě)入文件'{file_path}'。發(fā)生了I/O錯(cuò)誤：{e}")exceptExceptionase:print(f"發(fā)生了未知錯(cuò)誤：{e}")defread_file_lines(file_path,num_lines):try:withopen(file_path,"r")asfile:lines=file.readlines()ifnum_lines>len(lines):num_lines=len(lines)print(f"文件只有{len(lines)}行，顯示所有內(nèi)容：")else:print(f"文件的前{num_lines}行內(nèi)容如下：")foriinrange(num_lines):print(lines[i].strip())exceptFileNotFoundError:print(f"錯(cuò)誤：文件'{file_path}'不存在。")exceptExceptionase:print(f"發(fā)生了一個(gè)未知錯(cuò)誤：{e}")file_path="example.txt"file_content=["空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。","明月松間照，清泉石上流。","竹喧歸浣女，蓮動(dòng)下漁舟。","隨意春芳歇，王孫自可留。"]write_to_file(file_path,file_content)try:num_lines=int(input("請(qǐng)輸入要讀取的行數(shù)："))read_file_lines(file_path,num_lines)exceptValueError:print("錯(cuò)誤：請(qǐng)輸入有效的數(shù)字。")運(yùn)行結(jié)果1（如果輸入數(shù)字2）：已成功將內(nèi)容寫(xiě)入文件'example.txt'。請(qǐng)輸入要讀取的行數(shù)：2文件的前2行內(nèi)容如下：空山新雨后，天氣晚來(lái)秋。明月松間照，清泉石上流。運(yùn)行結(jié)果2（如果輸入單詞two）已成功將內(nèi)容寫(xiě)入文件'example.txt'。請(qǐng)輸入要讀取的行數(shù)：two錯(cuò)誤：請(qǐng)輸入有效的數(shù)字。21例2：模擬一個(gè)銀行賬戶(hù)的取款操作，使用異常處理來(lái)防止取款金額超過(guò)賬戶(hù)余額、無(wú)效的取款金額（例如負(fù)數(shù)或非數(shù)字值）和數(shù)據(jù)庫(kù)操作異常（如果涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)交互）等情況。22#創(chuàng)建一個(gè)賬戶(hù)account=BankAccount(10000)#嘗試各種取款操作defattempt_withdrawal(amount):try:print(f"嘗試取款：{amount}")print(f"取款后余額：{account.withdraw(amount)}")exceptInsufficientFundsErrorase:print("發(fā)生錯(cuò)誤：",e)exceptInvalidAmountErrorase:print("發(fā)生錯(cuò)誤：",e)exceptDatabaseErrorase:print("發(fā)生錯(cuò)誤：",e)#嘗試各種取款情況attempt_withdrawal(15000)#超出余額attempt_withdrawal(-100)#無(wú)效金額attempt_withdrawal('abc')#無(wú)效金額attempt_withdrawal(12345)#數(shù)據(jù)庫(kù)異常attempt_withdrawal(5000)#正常取款classInvalidAmountError(Exception):passclassDatabaseError(Exception):passclassInsufficientFundsError(Exception):passclassBankAccount:def__init__(self,initial_balance):self.balance=initial_balancedefwithdraw(self,amount):