Python基础：异常

异常

Python使用被称为异常异 的特殊对象来管理程序执行期间发生的错误。每当发生让Python不知所措的错误时，它都会创建一个异常对象。如果你编写了处理该异常的代码，程序将继 续运行；如果你未对异常进行处理，程序将停止，并显示一个traceback，其中包含有关异常的报告。

异常是使用try-except 代码块处理的。try-except 代码块让Python执行指定的操作，同时告诉Python发生异常时怎么办。使用了try-except 代码块时，即便出现异常， 程序也将继续运行：显示你编写的友好的错误消息，而不是令用户迷惑的traceback。

处理ZeroDivisionError异常

下面来看一种导致Python引发异常的简单错误。你可能知道不能将一个数字除以0，但我们还是让Python这样做吧：

print(5 / 0)

在上述traceback中，指出的错误ZeroDivisionError 是一个异常对象。Python无法按你的要求做时，就会创建这种对象。在这种情况下，Python将停止运行程序，并指出 引发了哪种异常，而我们可根据这些信息对程序进行修改。下面我们将告诉Python，发生这种错误时怎么办；这样，如果再次发生这样的错误，我们就有备无患了。

使用try-except代码块

当你认为可能发生了错误时，可编写一个try-except 代码块来处理可能引发的异常。你让Python尝试运行一些代码，并告诉它如果这些代码引发了指定的异常，该怎么办。

处理ZeroDivisionError 异常的try-except 代码块类似于下面这样：

try:
    print(5 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print("you can't divide by zero.")

使用异常避免崩溃

发生错误时，如果程序还有工作没有完成，妥善地处理错误就尤其重要。这种情况经常会出现在要求用户提供输入的程序中；如果程序能够妥善地处理无效输入，就能再提示用 户提供有效输入，而不至于崩溃。

下面来创建一个只执行除法运算的简单计算器：

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
    first_number = input('\nFirst number: ')
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Second number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)
    print(answer)

这个程序没有采取任何处理错误的措施，因此让它执行除数为0的除法运算时，它 将崩溃：

程序崩溃可不好，但让用户看到traceback也不是好主意。不懂技术的用户会被它们搞糊涂，而且如果用户怀有恶意，他会通过traceback获悉你不希望他知道的信息。例如，他将知 道你的程序文件的名称，还将看到部分不能正确运行的代码。有时候，训练有素的攻击者可根据这些信息判断出可对你的代码发起什么样的攻击。

else代码块

通过将可能引发错误的代码放在try-except 代码块中，可提高这个程序抵御错误的能力。错误是执行除法运算的代码行导致的，因此我们需要将它放到try-except 代码块 中。这个示例还包含一个else 代码块；依赖于try 代码块成功执行的代码都应放到else 代码块中：

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
    first_number = input('\nFirst number: ')
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Second number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    try:
        answer = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:
        print("you can't divide by 0.")
    else:
        print(answer)

处理FileNotFoundError异常

使用文件时，一种常见的问题是找不到文件：你要查找的文件可能在其他地方、文件名可能不正确或者这个文件根本就不存在。对于所有这些情形，都可使用try-except 代码 块以直观的方式进行处理。 我们来尝试读取一个不存在的文件。

下面的程序尝试读取文件alice.txt的内容，但我没有将这个文件存储在alice.py所在的目录中：

file_name = 'alice.txt'

with open(file_name) as f_obj:
    contents = f_obj.read()

Python无法读取不存在的文件，因此它引发一个异常：

在这个示例中，这个错误是函数open() 导致的，因此要处理 这个错误，必须将try 语句放在包含open() 的代码行之前：

file_name = 'alice.txt'

try:
    with open(file_name) as f_obj:
        contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
    msg = "Sorry, the file " + file_name + " does not exist."
    print(msg)

分析文本

下面来提取童话 Alicein Wonderland 的文本，并尝试计算它包含多少个单词。我们将使用方法split() ，它根据一个字符串创建一个单词列表。下面是对只包含童话名"Alice in Wonderland" 的字符串调用方法split() 的结果：

title = "Alice in wonderland"
print(title.split())

方法split() 以空格为分隔符将字符串分拆成多个部分，并将这些部分都存储到一个列表中。结果是一个包含字符串中所有单词的列表，虽然有些单词可能包含标点。为计算 Alicein Wonderland 包含多少个单词，我们将对整篇小说调用split() ，再计算得到的列表包含多少个元素，从而确定整篇童话大致包含多少个单词：

filename = 'Alice.txt'
try:
    with open(filename, encoding='UTF-8') as f_obj:
        contents = f_obj.read()
except FileNotFoundError:
    msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
    print(msg)
else:
    # 计算文件大致包含多少个单词
    words = contents.split()
    num_words = len(words)
    print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")

使用多个文件

下面多分析几本书。这样做之前，我们先将这个程序的大部分代码移到一个名为count_words() 的函数中，这样对多本书进行分析时将更容易：

def count_words(file_name):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename, encoding='UTF-8') as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        msg = "Sorry, the file " + filename + " does not exist."
        print(msg)
    else:
        # 计算文件大致包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")


filenames = ['a.txt', 'b.txt', 'c.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

文件c.txt不存在，但这丝毫不影响这个程序处理其他文件。

失败时一声不吭

在前一个示例中，我们告诉用户有一个文件找不到。但并非每次捕获到异常时都需要告诉用户，有时候你希望程序在发生异常时一声不吭，就像什么都没有发生一样继续运行。 要让程序在失败时一声不吭，可像通常那样编写try 代码块，但在except 代码块中明确地告诉Python什么都不要做。Python有一个pass 语句，可在代码块中使用它来让Python 什么都不要做：

def count_words(file_name):
    """计算一个文件大致包含多少个单词"""
    try:
        with open(filename, encoding='UTF-8') as f_obj:
            contents = f_obj.read()
    except FileNotFoundError:
        # pass表示遇到问题直接忽略
        pass
    else:
        # 计算文件大致包含多少个单词
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print("The file " + filename + " has about " + str(num_words) + " words.")


filenames = ['a.txt', 'b.txt', 'c.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

存储数据

很多程序都要求用户输入某种信息，如让用户存储游戏首选项或提供要可视化的数据。不管专注的是什么，程序都把用户提供的信息存储在列表和字典等数据结构中。用户关闭 程序时，你几乎总是要保存他们提供的信息；一种简单的方式是使用模块json 来存储数据。

模块json 让你能够将简单的Python数据结构转储到文件中，并在程序再次运行时加载该文件中的数据。你还可以使用json 在Python程序之间分享数据。更重要的是，JSON数据 格式并非Python专用的，这让你能够将以JSON格式存储的数据与使用其他编程语言的人分享。这是一种轻便格式，很有用，也易于学习。

注意： JSON（JavaScript Object Notation）格式最初是为JavaScript开发的，但随后成了一种常见格式，被包括Python在内的众多语言采用

使用 json.jump() 和 json.load()

我们来编写一个存储一组数字的简短程序，再编写一个将这些数字读取到内存中的程序。第一个程序将使用json.dump() 来存储这组数字，而第二个程序将使 用json.load() 。

函数json.dump() 接受两个实参：要存储的数据以及可用于存储数据的文件对象。下面演示了如何使用json.dump() 来存储数字列表：

import json

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
file_name = 'numbers.json'
with open(file_name, 'w') as f_obj:
    json.dump(numbers, f_obj)

使用json.load() 将这个列表读取到内存中：

import json

file_name = 'numbers.json'
with open(file_name) as f_obj:
    numbers = json.load(f_obj)
print(numbers)

这是一种在程序之间共享数据的简单方式。

保存和读取用户生成的数据

对于用户生成的数据，使用json 保存它们大有裨益，因为如果不以某种方式进行存储，等程序停止运行时用户的信息将丢失。下面来看一个这样的例子：用户首次运行程序时 被提示输入自己的名字，这样再次运行程序时就记住他了。

我们先来存储用户的名字：
remember_me.py

import json

user_name = input("what's your name: ")
file_name = 'user_name.json'
with open(file_name, 'w') as f_obj:
    json.dump(user_name, f_obj)
    print("We'll remember you when you come back, " + user_name + "!")

现在再编写一个程序，向其名字被存储的用户发出问候：
greet_user.py

import json

file_name = 'user_name.json'
with open(file_name) as f_obj:
    user_name = json.load(f_obj)
    print("Welcome back, " + user_name + "!")

我们需要将这两个程序合并到一个程序（remember_me.py）中。这个程序运行时，我们将尝试从文件username.json中获取用户名，因此我们首先编写一个尝试恢复用户名的try 代 码块。如果这个文件不存在，我们就在except 代码块中提示用户输入用户名，并将其存储在username.json中，以便程序再次运行时能够获取它.

import json

# 如果以前存储了用户名,就加载他
# 否则, 就提示用户输入用户名并存储他
file_name = 'user_name.json'
try:
    with open(file_name) as f_obj:
        user_name = json.load(f_obj)
except FileNotFoundError:
    user_name = input("what's your name: ")
    with open(file_name, 'w') as f_obj:
        json.dump(file_name, f_obj)
        print("We'll remember you when you come back, " + user_name + "!")
else:
    print("welcome back, " + user_name)

重构

你经常会遇到这样的情况：代码能够正确地运行，但可做进一步的改进——将代码划分为一系列完成具体工作的函数。这样的过程被称为重构。重构让代码更清晰、更易于理 解、更容易扩展。

要重构remember_me.py，可将其大部分逻辑放到一个或多个函数中。remember_me.py的重点是问候用户，因此我们将其所有代码都放到一个名为greet_user() 的函数中：

import json


def greet_user():
    """问候用户, 并且指出其名字"""
    file_name = 'user_name.json'
    try:
        with open(file_name) as f_obj:
            user_name = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        user_name = input("what's your name: ")
        with open(file_name, 'w') as f_obj:
            json.dump(user_name, f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + user_name + "!")
    else:
        print("Welcome back, " + user_name + "!")


greet_user()

下面来重构greet_user() ，让它不执行这么多任务。为此，我们首先将获取存储的用户名的代码移到另一个函数中：

import json


def get_stored_username():
    """如果存储了用户名,就获取他"""
    file_name = 'user_name.json'
    try:
        with open(file_name) as f_obj:
            user_name = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return user_name


def greet_user():
    """问候用户, 并且指出其名字"""
    user_name = get_stored_username()
    if user_name:
        print("welcome back, " + user_name + "!")
    else:
        user_name = input("What's your name: ")
        file_name = 'user_name.json'
        with open(file_name, 'w') as f_obj:
            json.dump(user_name, f_obj)
            print("We'll remember you when you come back, " + user_name + "!")


greet_user()

我们还需将greet_user() 中的另一个代码块提取出来：将没有存储用户名时提示用户输入的代码放在一个独立的函数中：

import json


def get_stored_username():
    """如果存储了用户名,就获取他"""
    file_name = 'user_name.json'
    try:
        with open(file_name) as f_obj:
            user_name = json.load(f_obj)
    except FileNotFoundError:
        return None
    else:
        return user_name


def get_new_user_name():
    """提示用户输入用户名"""
    user_name = input("What's your name: ")
    file_name = 'user_name.json'
    with open(file_name, 'w') as f_obj:
        json.dump(user_name, f_obj)
    return user_name


def greet_user():
    """问候用户, 并且指出其名字"""
    user_name = get_stored_username()
    if user_name:
        print("welcome back, " + user_name + "!")
    else:
        user_name = get_new_user_name()
        print("We'll remember you when you come back, " + user_name + "!")


greet_user()

要编写出清晰而易于维护和扩展的代码，这种划分工作必不可少。