Python面向对象（三）：异常、模块和包、文件、eval函数

一、异常

目标

• 异常的概念
• 捕获异常
• 异常的传递
• 抛出异常

01. 异常的概念

• 程序在运行时，如果 Python 解释器 遇到 到一个错误，会停止程序的执行，并且提示一些错误信息，这就是 异常
• 程序停止执行并且提示错误信息 这个动作，我们通常称之为：抛出(raise)异常

程序开发时，很难将 所有的特殊情况 都处理的面面俱到，通过 异常捕获 可以针对突发事件做集中的处理，从而保证程序的 稳定性和健壮性

02. 捕获异常

2.1 简单的捕获异常语法

• 在程序开发中，如果 对某些代码的执行不能确定是否正确，可以增加 try(尝试) 来 捕获异常
• 捕获异常最简单的语法格式：

try:
    尝试执行的代码
except:
    出现错误的处理

• try 尝试，下方编写要尝试代码，不确定是否能够正常执行的代码
• except 如果不是，下方编写尝试失败的代码

简单异常捕获演练 —— 要求用户输入整数

try:
    # 提示用户输入一个数字
    num = int(input("请输入数字："))
except:
    print("请输入正确的数字")

2.2 错误类型捕获

• 在程序执行时，可能会遇到 不同类型的异常，并且需要 针对不同类型的异常，做出不同的响应，这个时候，就需要捕获错误类型了

• 语法如下：

try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1，对应的代码处理
    pass
except (错误类型2, 错误类型3):
    # 针对错误类型2 和 3，对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

• 当 Python 解释器 抛出异常 时，最后一行错误信息的第一个单词，就是错误类型

异常类型捕获演练 —— 要求用户输入整数

需求

1. 提示用户输入一个整数
2. 使用 8 除以用户输入的整数并且输出

try:
    num = int(input("请输入整数："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")

捕获未知错误

• 在开发时，要预判到所有可能出现的错误，还是有一定难度的
• 如果希望程序 无论出现任何错误，都不会因为 Python 解释器 抛出异常而被终止，可以再增加一个 except

语法如下：

except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

2.3 异常捕获完整语法

• 在实际开发中，为了能够处理复杂的异常情况，完整的异常语法如下：

提示：

• 有关完整语法的应用场景，在后续学习中，结合实际的案例会更好理解
• 现在先对这个语法结构有个印象即可

try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1，对应的代码处理
    pass
except 错误类型2:
    # 针对错误类型2，对应的代码处理
    pass
except (错误类型3, 错误类型4):
    # 针对错误类型3 和 4，对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    # 打印错误信息
    print(result)
else:
    # 没有异常才会执行的代码
    pass
finally:
    # 无论是否有异常，都会执行的代码
    print("无论是否有异常，都会执行的代码")

• else 只有在没有异常时才会执行的代码

• finally 无论是否有异常，都会执行的代码

• 之前一个演练的 完整捕获异常 的代码如下：

try:
    num = int(input("请输入整数："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)
else:
    print("正常执行")
finally:
    print("执行完成，但是不保证正确")

03. 异常的传递

• 异常的传递 —— 当 函数/方法 执行 出现异常，会 将异常传递 给 函数/方法 的 调用一方
• 如果 传递到主程序，仍然 没有异常处理，程序才会被终止

提示

• 在开发中，可以在主函数中增加 异常捕获
• 而在主函数中调用的其他函数，只要出现异常，都会传递到主函数的 异常捕获 中
• 这样就不需要在代码中，增加大量的 异常捕获，能够保证代码的整洁

需求

1. 定义函数 demo1() 提示用户输入一个整数并且返回
2. 定义函数 demo2() 调用 demo1()
3. 在主程序中调用 demo2()

def demo1():
    return int(input("请输入一个整数："))


def demo2():
    return demo1()

try:
    print(demo2())
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

04. 抛出 raise 异常

4.1 应用场景

• 在开发中，除了 代码执行出错 Python 解释器会 抛出 异常之外
• 还可以根据 应用程序 特有的业务需求 主动抛出异常

示例

• 提示用户 输入密码，如果 长度少于 8，抛出 异常

注意

• 当前函数 只负责 提示用户输入密码，如果 密码长度不正确，需要其他的函数进行额外处理
• 因此可以 抛出异常，由其他需要处理的函数 捕获异常

4.2 抛出异常

• Python 中提供了一个 Exception 异常类
• 在开发时，如果满足 特定业务需求时，希望 抛出异常，可以：
  1. 创建 一个 Exception 的 对象
  2. 使用 raise 关键字 抛出 异常对象

需求

• 定义 input_password 函数，提示用户输入密码
• 如果用户输入长度 < 8，抛出异常
• 如果用户输入长度 >=8，返回输入的密码

def input_password():

    # 1. 提示用户输入密码
    pwd = input("请输入密码：")

    # 2. 判断密码长度，如果长度 >= 8，返回用户输入的密码
    if len(pwd) >= 8:
        return pwd

    # 3. 密码长度不够，需要抛出异常
    # 1> 创建异常对象 - 使用异常的错误信息字符串作为参数
    ex = Exception("密码长度不够")

    # 2> 抛出异常对象
    raise ex


try:
    user_pwd = input_password()
    print(user_pwd)
except Exception as result:
    print("发现错误：%s" % result)

二、模块和包

目标

• 模块
• 包
• 发布模块

01. 模块

1.1 模块的概念

模块是 Python 程序架构的一个核心概念

• 每一个以扩展名 py 结尾的 Python 源代码文件都是一个 模块
• 模块名 同样也是一个 标识符，需要符合标识符的命名规则
• 在模块中定义的 全局变量 、函数、类 都是提供给外界直接使用的 工具
• 模块 就好比是 工具包，要想使用这个工具包中的工具，就需要先 导入 这个模块

1.2 模块的两种导入方式

1）import 导入

import 模块名1, 模块名2 

提示：在导入模块时，每个导入应该独占一行

import 模块名1
import 模块名2 

• 导入之后
  • 通过 模块名. 使用 模块提供的工具 —— 全局变量、函数、类

使用 as 指定模块的别名

如果模块的名字太长，可以使用 as 指定模块的名称，以方便在代码中的使用

import 模块名1 as 模块别名

注意：模块别名 应该符合 大驼峰命名法

2）from…import 导入

• 如果希望 从某一个模块 中，导入 部分 工具，就可以使用 from ... import 的方式
• import 模块名 是 一次性 把模块中 所有工具全部导入，并且通过 模块名/别名 访问

# 从 模块 导入 某一个工具
from 模块名1 import 工具名

• 导入之后
  • 不需要 通过 模块名.
  • 可以直接使用 模块提供的工具 —— 全局变量、函数、类

注意

如果 两个模块，存在 同名的函数，那么 后导入模块的函数，会 覆盖掉先导入的函数

• 开发时 import 代码应该统一写在 代码的顶部，更容易及时发现冲突
• 一旦发现冲突，可以使用 as 关键字 给其中一个工具起一个别名

from…import *（知道）

# 从 模块 导入 所有工具
from 模块名1 import *

注意

这种方式不推荐使用，因为函数重名并没有任何的提示，出现问题不好排查

1.3 模块的搜索顺序[扩展]

Python 的解释器在 导入模块 时，会：

1. 搜索 当前目录 指定模块名的文件，如果有就直接导入
2. 如果没有，再搜索 系统目录

在开发时，给文件起名，不要和 系统的模块文件 重名

Python 中每一个模块都有一个内置属性 __file__ 可以 查看模块 的 完整路径

示例

import random

# 生成一个 0～10 的数字
rand = random.randint(0, 10)

print(rand)

注意：如果当前目录下，存在一个 random.py 的文件，程序就无法正常执行了！

• 这个时候，Python 的解释器会 加载当前目录 下的 random.py 而不会加载 系统的 random 模块

1.4 原则 —— 每一个文件都应该是可以被导入的

• 一个 独立的 Python 文件 就是一个 模块
• 在导入文件时，文件中 所有没有任何缩进的代码 都会被执行一遍！

实际开发场景

• 在实际开发中，每一个模块都是独立开发的，大多都有专人负责
• 开发人员 通常会在 模块下方 增加一些测试代码
  • 仅在模块内使用，而被导入到其他文件中不需要执行

__name__ 属性

• __name__ 属性可以做到，测试模块的代码 只在测试情况下被运行，而在 被导入时不会被执行！

• __name__ 是 Python 的一个内置属性，记录着一个 字符串
• 如果 是被其他文件导入的，__name__ 就是 模块名
• 如果 是当前执行的程序 __name__ 是 __main__

在很多 Python 文件中都会看到以下格式的代码：

# 导入模块
# 定义全局变量
# 定义类
# 定义函数

# 在代码的最下方
def main():
    # ...
    pass

# 根据 __name__ 判断是否执行下方代码
if __name__ == "__main__":
    main()

02. 包（Package）

概念

• 包 是一个 包含多个模块 的 特殊目录
• 目录下有一个 特殊的文件 __init__.py
• 包名的 命名方式 和变量名一致，小写字母 + _

好处

• 使用 import 包名 可以一次性导入 包 中 所有的模块

案例演练

1. 新建一个 hm_message 的 包
2. 在目录下，新建两个文件 send_message 和 receive_message
3. 在 send_message 文件中定义一个 send 函数
4. 在 receive_message 文件中定义一个 receive 函数
5. 在外部直接导入 hm_message 的包

__init__.py

• 要在外界使用 包 中的模块，需要在 __init__.py 中指定 对外界提供的模块列表

# 从 当前目录 导入 模块列表
from . import send_message
from . import receive_message

03. 发布模块（知道）

• 如果希望自己开发的模块，分享 给其他人，可以按照以下步骤操作

3.1 制作发布压缩包步骤

1) 创建 setup.py

• setup.py 的文件

from distutils.core import setup

setup(name="hm_message",  # 包名
      version="1.0",  # 版本
      description="itheima's 发送和接收消息模块",  # 描述信息
      long_description="完整的发送和接收消息模块",  # 完整描述信息
      author="itheima",  # 作者
      author_email="[email protected]",  # 作者邮箱
      url="www.itheima.com",  # 主页
      py_modules=["hm_message.send_message",
                  "hm_message.receive_message"])

有关字典参数的详细信息，可以参阅官方网站：

https://docs.python.org/2/distutils/apiref.html

2) 构建模块

$ python3 setup.py build

3) 生成发布压缩包

$ python3 setup.py sdist

注意：要制作哪个版本的模块，就使用哪个版本的解释器执行！

3.2 安装模块

$ tar -zxvf hm_message-1.0.tar.gz 

$ sudo python3 setup.py install

卸载模块

直接从安装目录下，把安装模块的 目录 删除就可以

$ cd /usr/local/lib/python3.5/dist-packages/
$ sudo rm -r hm_message*

3.3 pip 安装第三方模块

• 第三方模块 通常是指由 知名的第三方团队 开发的 并且被 程序员广泛使用 的 Python 包 / 模块
  • 例如 pygame 就是一套非常成熟的 游戏开发模块
• pip 是一个现代的，通用的 Python 包管理工具
• 提供了对 Python 包的查找、下载、安装、卸载等功能

安装和卸载命令如下：

# 将模块安装到 Python 2.x 环境
$ sudo pip install pygame
$ sudo pip uninstall pygame

# 将模块安装到 Python 3.x 环境
$ sudo pip3 install pygame
$ sudo pip3 uninstall pygame

在 Mac 下安装 iPython

$ sudo pip install ipython

在 Linux 下安装 iPython

$ sudo apt install ipython
$ sudo apt install ipython3

三、文件

目标

• 文件的概念
• 文件的基本操作
• 文件/文件夹的常用操作
• 文本文件的编码方式

01. 文件的概念

1.1 文件的概念和作用

• 计算机的 文件，就是存储在某种 长期储存设备 上的一段 数据
• 长期存储设备包括：硬盘、U 盘、移动硬盘、光盘…

文件的作用

将数据长期保存下来，在需要的时候使用

CPU	内存	硬盘

1.2 文件的存储方式

• 在计算机中，文件是以 二进制 的方式保存在磁盘上的

文本文件和二进制文件

• 文本文件

  • 可以使用 文本编辑软件 查看
  • 本质上还是二进制文件
  • 例如：python 的源程序

• 二进制文件

  • 保存的内容 不是给人直接阅读的，而是 提供给其他软件使用的
  • 例如：图片文件、音频文件、视频文件等等
  • 二进制文件不能使用 文本编辑软件 查看

02. 文件的基本操作

2.1 操作文件的套路

在 计算机 中要操作文件的套路非常固定，一共包含三个步骤：

1. 打开文件
2. 读、写文件
   • 读 将文件内容读入内存
   • 写 将内存内容写入文件
3. 关闭文件

2.2 操作文件的函数/方法

• 在 Python 中要操作文件需要记住 1 个函数和 3 个方法

序号	函数/方法	说明
01	open	打开文件，并且返回文件操作对象
02	read	将文件内容读取到内存
03	write	将指定内容写入文件
04	close	关闭文件

• open 函数负责打开文件，并且返回文件对象
• read/write/close 三个方法都需要通过 文件对象 来调用

2.3 read 方法 —— 读取文件

• open 函数的第一个参数是要打开的文件名（文件名区分大小写）
  • 如果文件 存在，返回 文件操作对象
  • 如果文件 不存在，会 抛出异常
• read 方法可以一次性 读入 并 返回 文件的 所有内容
• close 方法负责 关闭文件
  • 如果 忘记关闭文件，会造成系统资源消耗，而且会影响到后续对文件的访问
• 注意：read 方法执行后，会把 文件指针 移动到 文件的末尾

# 1. 打开 - 文件名需要注意大小写
file = open("README")

# 2. 读取
text = file.read()
print(text)

# 3. 关闭
file.close()

提示

• 在开发中，通常会先编写 打开 和 关闭 的代码，再编写中间针对文件的 读/写 操作！

文件指针（知道）

• 文件指针 标记 从哪个位置开始读取数据
• 第一次打开 文件时，通常 文件指针会指向文件的开始位置
• 当执行了 read 方法后，文件指针 会移动到 读取内容的末尾
  • 默认情况下会移动到 文件末尾

思考

• 如果执行了一次 read 方法，读取了所有内容，那么再次调用 read 方法，还能够获得到内容吗？

答案

• 不能
• 第一次读取之后，文件指针移动到了文件末尾，再次调用不会读取到任何的内容

2.4 打开文件的方式

• open 函数默认以 只读方式 打开文件，并且返回文件对象

语法如下：

f = open("文件名", "访问方式")

访问方式	说明
r	以只读方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头，这是默认模式。如果文件不存在，抛出异常
w	以只写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件
a	以追加方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入
r+	以读写方式打开文件。文件的指针将会放在文件的开头。如果文件不存在，抛出异常
w+	以读写方式打开文件。如果文件存在会被覆盖。如果文件不存在，创建新文件
a+	以读写方式打开文件。如果该文件已存在，文件指针将会放在文件的结尾。如果文件不存在，创建新文件进行写入

提示

• 频繁的移动文件指针，会影响文件的读写效率，开发中更多的时候会以 只读、只写 的方式来操作文件

写入文件示例

# 打开文件
f = open("README", "w")

f.write("hello python！\n")
f.write("今天天气真好")

# 关闭文件
f.close()

2.5 按行读取文件内容

• read 方法默认会把文件的 所有内容 一次性读取到内存
• 如果文件太大，对内存的占用会非常严重

readline 方法

• readline 方法可以一次读取一行内容
• 方法执行后，会把 文件指针 移动到下一行，准备再次读取

读取大文件的正确姿势

# 打开文件
file = open("README")

while True:
    # 读取一行内容
    text = file.readline()

    # 判断是否读到内容
    if not text:
        break

    # 每读取一行的末尾已经有了一个 `\n`
    print(text, end="")

# 关闭文件
file.close()

2.6 文件读写案例 —— 复制文件

目标

用代码的方式，来实现文件复制过程

小文件复制

• 打开一个已有文件，读取完整内容，并写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
text = file_read.read()
file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

大文件复制

• 打开一个已有文件，逐行读取内容，并顺序写入到另外一个文件

# 1. 打开文件
file_read = open("README")
file_write = open("README[复件]", "w")

# 2. 读取并写入文件
while True:
    # 每次读取一行
    text = file_read.readline()

    # 判断是否读取到内容
    if not text:
        break

    file_write.write(text)

# 3. 关闭文件
file_read.close()
file_write.close()

03. 文件/目录的常用管理操作

• 在 终端 / 文件浏览器、 中可以执行常规的 文件 / 目录 管理操作，例如：
  • 创建、重命名、删除、改变路径、查看目录内容、……
• 在 Python 中，如果希望通过程序实现上述功能，需要导入 os 模块

文件操作

序号	方法名	说明	示例
01	rename	重命名文件	os.rename(源文件名, 目标文件名)
02	remove	删除文件	os.remove(文件名)

目录操作

序号	方法名	说明	示例
01	listdir	目录列表	os.listdir(目录名)
02	mkdir	创建目录	os.mkdir(目录名)
03	rmdir	删除目录	os.rmdir(目录名)
04	getcwd	获取当前目录	os.getcwd()
05	chdir	修改工作目录	os.chdir(目标目录)
06	path.isdir	判断是否是文件	os.path.isdir(文件路径)

提示：文件或者目录操作都支持 相对路径 和 绝对路径

04. 文本文件的编码格式（科普）

• 文本文件存储的内容是基于 字符编码 的文件，常见的编码有 ASCII 编码，UNICODE 编码等

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式
Python 3.x 默认使用 UTF-8 编码格式

4.1 ASCII 编码和 UNICODE 编码

ASCII 编码

• 计算机中只有 256 个 ASCII 字符
• 一个 ASCII 在内存中占用 1 个字节 的空间
  • 8 个 0/1 的排列组合方式一共有 256 种，也就是 2 ** 8

UTF-8 编码格式

• 计算机中使用 1~6 个字节 来表示一个 UTF-8 字符，涵盖了 地球上几乎所有地区的文字
• 大多数汉字会使用 3 个字节 表示
• UTF-8 是 UNICODE 编码的一种编码格式

4.2 Ptyhon 2.x 中如何使用中文

Python 2.x 默认使用 ASCII 编码格式
Python 3.x 默认使用 UTF-8 编码格式

• 在 Python 2.x 文件的 第一行 增加以下代码，解释器会以 utf-8 编码来处理 python 文件

# *-* coding:utf8 *-*

这方式是官方推荐使用的！

• 也可以使用

# coding=utf8

unicode 字符串

• 在 Python 2.x 中，即使指定了文件使用 UTF-8 的编码格式，但是在遍历字符串时，仍然会 以字节为单位遍历 字符串
• 要能够 正确的遍历字符串，在定义字符串时，需要 在字符串的引号前，增加一个小写字母 u，告诉解释器这是一个 unicode 字符串（使用 UTF-8 编码格式的字符串）

# *-* coding:utf8 *-*

# 在字符串前，增加一个 `u` 表示这个字符串是一个 utf8 字符串
hello_str = u"你好世界"

print(hello_str)

for c in hello_str:
    print(c)

四、eval 函数

eval() 函数十分强大 —— 将字符串 当成 有效的表达式 来求值 并 返回计算结果

# 基本的数学计算
In [1]: eval("1 + 1")
Out[1]: 2

# 字符串重复
In [2]: eval("'*' * 10")
Out[2]: '**********'

# 将字符串转换成列表
In [3]: type(eval("[1, 2, 3, 4, 5]"))
Out[3]: list

# 将字符串转换成字典
In [4]: type(eval("{'name': 'xiaoming', 'age': 18}"))
Out[4]: dict

案例 - 计算器

需求

1. 提示用户输入一个 加减乘除混合运算
2. 返回计算结果

input_str = input("请输入一个算术题：")

print(eval(input_str))

不要滥用 eval

在开发时千万不要使用 eval 直接转换 input 的结果

__import__('os').system('ls')

• 等价代码

import os

os.system("终端命令")

• 执行成功，返回 0
• 执行失败，返回错误信息