[Python公开课]零基础玩转Python进阶篇----第九节：Python的异常分析及解决

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最后，愿我们都能在看不到的地方闪闪发光，一起加油进步
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1️⃣ 学习目标----提前知

☀️☀️☀️一个崇高的目标，只要不渝地追求，就会成为壮举！

• 理解异常的概念
• 掌握处理异常的几种方式
• 掌握raise和assert语句，会抛出自定义的异常
• 掌握with和as环境安装器的使用

2️⃣ 学习任务----我能行

穷且益坚，不坠青云之志！

01 异常简介

异常介绍

在Python中，程序在执行的过程中产生的错误称为异常，比如列表索引越界、打开不存在的文件等。
这两行代码会报错吗？

print(a)
open("123.txt","r")

报错信息：

NameError: name 'a' is not defined
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '123.txt'

• 第1个异常的类型为NameError（名称），描述信息为a没有定义；
• 第2个异常为FileNotFoundError，描述信息为没有找到123.txt文件

02 异常类

所有异常都是基类Exception的成员，它们都定义在exceptions模块中。
如果这个异常对象没有进行处理和捕捉，程序就会用所谓的回溯（traceback，一种错误信息）终止执行，这些信息包括错误的名称（例如NameError）、原因和错误发生的行号。

1. NameError

尝试访问一个未声明的变量，会引发NameError。

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 1, in <module>
    print(foo)
NameError: name 'foo' is not defined

2. ZeroDivisionError

当除数为零的时候，会引发ZeroDivisionError异常。

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 1, in <module>
    1/0
ZeroDivisionError: division by zero

3. SyntaxError

当解释器发现语法错误时，会引发SyntaxError异常

File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 2
    for i in list
                ^
SyntaxError: invalid syntax

4. IndexError

当使用序列中不存在的索引时，会引发IndexError异常

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 2, in <module>
    list[0]
IndexError: list index out of range

5. KeyError

当使用映射中不存在的键时，会引发KeyError异常。

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 2, in <module>
    myDict['server']
KeyError: 'server’

6. FileNotFoundError

试图打开不存在的文件时，会引发FileNotFoundError

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 1, in <module>
    f = open("test")
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'test’

7. AttributeError

当尝试访问未知对象属性时，会引发AttributeError异常

Traceback (most recent call last):
  File "D:/PythonCode/Chapter09/异常.py", line 6, in <module>
    print(car.name)
AttributeError: 'Car' object has no attribute 'name’

03 异常处理

捕获简单异常

try-except语句定义了监控异常的一段代码，并提供了处理异常的机制。

try：
	    # 语句块
except：
	    # 异常处理代码

捕获多个异常

处理多个异常的try-except语句格式如下：

try：
   # 语句块
except 异常名称1：
    # 异常处理代码1
except异常名称2：
    # 异常处理代码
   …

捕获异常的描述信息

当出现多种异常时，为了区分不同的错误信息，可以使用as获取系统反馈的信息。

# 获取描述信息
except (ZeroDivisionError, ValueError) as result:
    print("捕捉到异常:%s"%result)

捕获所有的异常

当程序中出现大量异常时，捕获这些异常是非常麻烦的。这时，我们可以在except子句中不指明异常的类型，这样，不管发生何种类型的异常，都会执行except里面的处理代码。

没有捕获到异常(else)

如果try语句没有捕获到任何的错误信息，就不再执行任何except语句，而是会执行else语句。

终止行为（finally）

在程序中，无论是否捕捉到异常，都必须要执行某件事情，例如关闭文件、释放锁等，这时可以提供finally语句处理。通常情况下，finally用于释放资源。

04 抛出异常

1.raise语句

使用raise语句能显示地触发异常，格式如下：

1. raise 异常类名（引发指定异常类的实例）
2. raise 异常类对象（引发指定异常类的实例）
3. raise （重新引发刚刚发生的异常）

1. 使用类名引发异常

当raise语句指定异常的类名时，会创建该类的实例对象，然后引发异常。
raise IndexError：

Traceback (most recent call last):
  File "D:/异常.py", line 1, in <module>
    raise IndexError
IndexError

2. 使用异常类的实例引发异常

index = IndexError() raise index

Traceback (most recent call last):
  File "D:/异常.py", line 2, in <module>
    raise index
IndexError

3. 传递异常

不带任何参数的raise语句，可以再次引发刚刚发生过的异常，作用就是向外传递异常。

try:
    raise IndexError
except:
    print("出错了")
    raise

出错了
  File "D:/异常.py", line 2, in <module>
    raise IndexError
IndexError

4. 指定异常的描述信息

raise IndexError(“索引下标超出范围”)

Traceback (most recent call last):
  File "D:/异常.py", line 1, in <module>
    raise IndexError("索引下标超出范围")
IndexError: 索引下标超出范围 

5. 异常引发异常

使用raise…from…可以在异常中抛出另外的异常。

try:
   num
except Exception as exception:
   raise IndexError("下标超出范围") from exception

try里面只定义了变量num，会引发NameError异常。except子句使用raise...from… 抛出NameError异常后再抛出“下标越界”的异常。

2.assert语句

assert语句又称作断言，指的是期望用户满足指定的条件。
当用户定义的约束条件不满足的时候，它会触发AssertionError异常，所以assert语句可以当做条件式的raise语句。
assert语句格式如下：
assert 逻辑表达式，data →if not 逻辑表达式: raise AssertionError(data)
assert后面紧跟一个逻辑表达式，相当于条件。Data通常是一个字符串，当条件为false时作为异常的描述信息。

05 自定义异常

创建一个继承 Exception类的子类，就是自定义异常类。
当遇到自己设定的错误时，使用raise语句抛出自定义的异常。

06 with和as环境安装器

with语句

现在有一个需求，打开foo.txt文本文件，读取完所有的数据以后关闭文件。 示例代码如下：

file = open(“/tmp/foo.txt”)   # 打开文件
data = file.read()                   # 读取数据
file.close()                            # 关闭文件

文件读取出现问题怎么办？忘记关闭文件出现问题怎么办？

为了避免在文件读取的过程中产生这些问题，可以在上述示例中增加处理异常的语句， 加强版本如下：

file = open("/tmp/foo.txt")   
try: 
    data = file.read()
finally:  
    file.close()

该代码虽然解决了产生异常的可能，但是这段代码过于冗长。此时，在示例中使用with语句处理上下文环境产生的异常，具体如下：

with open("/tmp/foo.txt") as file:
    data = file.read()

Python 2.5开始，引入了with语句，with语句适用于对资源进行访问的场合，确保不管使用过程中是否发生异常都会执行必要的“清理”操作，释放资源。
with语句格式：

with context_expr [as var]:
    with_body

with语句执行过程：
（1）执行context_expr，生成上下文管理context_manager；
（2）调用上下文管理器的__enter__()方法，如果使用了as子句，就把__enter__() 方法的返回值赋值给 as 子句中的var；
（3）执行语句体with_body。
（4）无论在执行的过程中是否发生异常，都会执行上下文管理器的 exit() 方法。该方法负责执行程序的“清理”工作，如释放资源等。
（5）如果执行过程中没有出现异常，或者语句体中执行了break、continue或者return语句，则以None 作为参数调用__exit__()方法；如果执行过程中出现异常，则会使用sys.exc_info 得到的异常信息为参数调用__exit__()方法。
（6）出现异常时，如果__exit__()方法返回的结果为False，则会重新抛出异常，让with 之外的语句逻辑来处理异常，这是通用做法；如果返回True，则忽略异常，不再对异常进行处理。

上下文管理器

要想使用with语句进行工作，前提是要有上下文管理器。
上下文管理器是Python 2.5开始支持的一种语法，用于规定某个对象的使用范围，一旦进入或者离开使用范围，会有特殊的操作被调用。

1. 上下文管理协议

__enter__(self)：进入上下文管理器时调用此方法，其返回值被放入with-as语句中as说明符指定的变量中。
_exit__(self, type, value, tb)：离开上下文管理器调用此方法。如果有异常出现，type、value、tb分别为异常的类型、值和追踪信息；如果没有异常，3个参数均设为None。此方法返回值为True或者False，分别指示被引发的异常得到了还是没有得到处理，如果返回False，引发的异常会被传递出上下文。

2. 上下文管理器

支持上下文管理协议的对象，用于实现__enter__()和__exit__()方法。上下文管理器定义执行with语句时要建立的运行时上下文，负责执行with语句块上下文中的进入与退出操作。通常情况下，使用with语句调用上下文管理器，也可以通过直接调用其方法来使用。

3. 运行时上下文

由上下文管理器创建，通过上下文管理器的__enter__()和__exit__()方法实现。其中，enter() 方法在语句体执行之前进入运行时上下文，exit() 在语句体执行完后从运行时上下文退出。

3️⃣ 本章小结----知难易

人生是跋涉，也是旅行；是等待，也是重逢；是探险，也是寻宝；是眼泪，也是歌声！

本章围绕着Python的异常进行介绍，包括异常类、抛出和捕捉系统内置的异常、抛出和捕捉自定义异常，以及with和as环境安装器。通过对本章的学习，大家应该深入了解了异常产生的原理，并知道如何在程序中运行它们。

4️⃣ 小试牛刀----习题讲解

本期问题

✍第一题

13. 打印出所有的"水仙花数"，所谓"水仙花数"是指一个三位数，其各位数字立方和等于该数本身。例如：153是一个"水仙花数"，因为153=1的三次方＋5的三次方＋3的三次方。
代码：

for n in range(100,1000):
    i = n // 100
    j = n // 10 % 10
    k = n % 10
    if n == i**3 + j**3 + k**3:
        print(n)

思路：
利用for循环控制100-999个数，每个数分解出个位，十位，百位。这个没啥好说的，记住整除取余的一系列操作就行了！

✍第二题

14.将一个正整数分解质因数。例如：输入90,打印出90=233*5。
代码：

a = int(input('请输入你要分解的正整数:'))
for i in range(2,a):
    while a!=1:
        if a%i==0:
            for j in range(2,i):
                if i%j==0:
                    break
            else:
                a = a/i
                if a== 1:
                    print('%d'%i,end='')
                else:
                    print('%d*'%i,end='')
        else:
            break

思路：
看到这道题我看到的时候第一想法：结合素数求法进行求解，双循环结构，但后来仔细一想，能被目标数从0开始遍历，前面的数如果能被整除的话不会轮到后面，所以说根本就不用判断是不是素数，直接从2开始，看看谁可以被目标数整除，该数肯定是素数。 然后通过格式化字符串进行输出！简化一下代码：

num = int(input('请输入:'))

for i in range(2, num):
    while num!=1:
        if num % i == 0:
            num = num / i
            if num==1:
                print('%d'%i,end='')
            else:
                print('%d*'%i,end='')
        else:
            break

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