第7章 異常處理與文件操作《Python語言程序設(shè)計》教學(xué)課件

《Python語言程序設(shè)計》?精品課件合集Python語言程序設(shè)計第7章異常處理與文件操作程序在編制的過程中，難免包含各種各樣的缺陷和錯誤，雖然我們已經(jīng)盡可能編寫正確的程序，但這并不足以消滅所有導(dǎo)致程序出錯的因素，所以，必須學(xué)會使用異常處理機(jī)制來削弱可能發(fā)生的錯誤對程序運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)面作用。引言2/39第7章異常處理與文件操作7.1異常處理Python語言程序中的錯誤通常被分為3種，分別是語法錯誤、語義錯誤和運(yùn)行時錯誤。由于包含語法錯誤的程序無法順利被Python解釋器識別，所以Python開發(fā)工具會幫助我們在運(yùn)行程序前就修正各種語法錯誤。語義錯誤，也被稱作邏輯錯誤，包含這種錯誤的程序雖然可以運(yùn)行，但是無法得到預(yù)期的結(jié)果。運(yùn)行時錯誤（異常），是指程序在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的未預(yù)期的錯誤。Python語言程序中的錯誤4/39Python語言程序中的錯誤通常被分為3種，分別是語法錯誤、語義錯誤和運(yùn)行時錯誤。由于包含語法錯誤的程序無法順利被Python解釋器識別，所以Python開發(fā)工具會幫助我們在運(yùn)行程序前就修正各種語法錯誤。語義錯誤，也被稱作邏輯錯誤，包含這種錯誤的程序雖然可以運(yùn)行，但是無法得到預(yù)期的結(jié)果。運(yùn)行時錯誤（異常），是指程序在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的未預(yù)期的錯誤。為了提高軟件的容錯性、改善軟件在遇到錯誤時的用戶體驗(yàn)，Python提供了一種名為異常處理的機(jī)制，這種機(jī)制幫助程序更好地應(yīng)對運(yùn)行時錯誤（即異常），避免軟件系統(tǒng)因?yàn)橛龅藉e誤而直接崩潰。Python語言程序中的錯誤5/39例如，編寫程序提示用戶從鍵盤上輸入兩個整數(shù)，打印這兩個整數(shù)的實(shí)數(shù)商，程序如下：程序的運(yùn)行結(jié)果如下：包含異常的程序舉例6/39在Python中使用try和except關(guān)鍵字可以構(gòu)建最基本的異常處理程序，語法格式如下：try:

語句塊1except:

語句塊2其中，由關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語句塊1是需要對其進(jìn)行異常捕獲的程序，即語句塊1中的程序在運(yùn)行過程中如果產(chǎn)生了異常，就會運(yùn)行由關(guān)鍵字except引導(dǎo)的語句塊2，例如（見下頁）：try…except…語句7/39運(yùn)行結(jié)果如下：try…except…舉例8/39Python中，可以通過在關(guān)鍵字except后添加異常的類型以捕獲不同類型的異常，從而執(zhí)行不同的語句塊，具體的語法格式如下：try:

語句塊1except異常1:

語句塊2[except異常2：語句塊3…][except:

語句塊n]在except關(guān)鍵字后添加異常的類型9/39如果構(gòu)造上述結(jié)構(gòu)的異常處理程序，當(dāng)關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語句塊1發(fā)生異常時，將逐一搜索關(guān)鍵字except引導(dǎo)的異常類型，如果產(chǎn)生的錯誤與except引導(dǎo)的異常類型匹配，則運(yùn)行對應(yīng)的語句塊，否則運(yùn)行沒有指定異常類型的except關(guān)鍵字所包含的語句塊n。特別注意，沒有指定異常類型的except和其引導(dǎo)的語句塊n必須放在該結(jié)構(gòu)的最后，例如：特定類型異常的捕獲10/39在構(gòu)建包含異常處理機(jī)制的程序結(jié)構(gòu)時，還可以在其中添加以關(guān)鍵字else引導(dǎo)的部分，其語法格式如下：try:

語句塊1except異常1:

語句塊2[except異常2：語句塊3…][except:

語句塊n][else:

語句塊e]異常處理中的else…語句11/39由關(guān)鍵字else引導(dǎo)的語句，將會在try引導(dǎo)的語句塊沒有產(chǎn)生任何異常時被運(yùn)行。例如，在例7_3中加入else引導(dǎo)的語句塊，可以得到如下程序：在異常處理中添加else分支12/39在構(gòu)建包含異常處理機(jī)制的程序結(jié)構(gòu)時，還可以在其中添加以關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的部分，其語法格式如下：try:

語句塊1except異常1:

語句塊2[except異常2：語句塊3…][except:

語句塊n][else:

語句塊e][finally:

語句塊f]異常處理中的finally…語句13/39由關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的語句塊放在整個結(jié)構(gòu)的最后，無論之前由關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語句塊有沒有發(fā)生異常，程序最后都會去運(yùn)行由關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的語句塊，finally引導(dǎo)的程序程序一般會用來釋放try語句塊中已運(yùn)行程序所占用的各類計算機(jī)資源，防止由于計算機(jī)資源耗盡而導(dǎo)致整個計算機(jī)系統(tǒng)崩潰。例如，在例7_3中加入finally引導(dǎo)的語句塊，可以得到如下程序：在異常處理中添加finally分支14/39通過之前的學(xué)習(xí)可以知道，由關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語句塊在運(yùn)行時如果遇到異常，Python會隱藏默認(rèn)的錯誤信息，取而代之的是去執(zhí)行由except關(guān)鍵字引導(dǎo)的語句塊。顯然，這樣做的好處是程序的使用者無需面對晦澀難懂的錯誤信息，可是對于程序員來說看不到程序的錯誤信息就無法對程序進(jìn)行有效的糾錯，此時需要使用raise語句主動將錯誤信息輸出在屏幕中，其語法格式如下：raise[異常對象]如果raise語句中沒有指定的異常對象，raise會重新引發(fā)當(dāng)前作用域內(nèi)最后一個激活的異常。例如，在例7_3中except引導(dǎo)的語句塊中加入raise語句，可以得到如下程序（見下頁）：異常處理中的raise語句15/39上述程序的運(yùn)行結(jié)果如下：raise語句舉例16/39第7章異常處理與文件操作7.2斷言與assert語句斷言是Python提供給程序員的另外一個強(qiáng)大的錯誤調(diào)試工具，所謂斷言，就是通過對程序員指定的表達(dá)式進(jìn)行邏輯值判定，如果表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果為True則程序不采取任何措施，否則觸發(fā)AssertionError即斷言異常，assert語句的語法格式如下：assert斷言表達(dá)式如果斷言表達(dá)式的運(yùn)算結(jié)果為False，就會產(chǎn)生AssertionError異常，該異?？梢员徊东@并處理；如果斷言表達(dá)式的值為True，則不采取任何措施。例如例7_7中包含的assert語句中的斷言表達(dá)式的值均為True，所以程序不會產(chǎn)生任何異常。斷言表達(dá)式18/39斷言表達(dá)式舉例19/39在實(shí)際的計算過程中，往往對用戶輸入的數(shù)據(jù)有一定的要求，比如在計算三角形的面積時，需要先判定三條邊的數(shù)值是否滿足構(gòu)成三角形的條件，此時我們就可以在程序中使用斷言來判定該條件是否成立，例如：運(yùn)行結(jié)果見下頁斷言的應(yīng)用舉例20/39上述程序在計算三角形面積之前，會先去檢驗(yàn)assert語句中的斷言表達(dá)式是否成立，如果輸入的數(shù)據(jù)不滿足構(gòu)成三角形的條件，則會產(chǎn)生斷言異常，例如：否則，如果輸入的數(shù)據(jù)滿足了構(gòu)成三角形的條件，程序就可以正常運(yùn)行，例如：斷言的應(yīng)用舉例（續(xù)）21/39為了讓程序例7_9具有更友好的錯誤提示，可以在其中引入異常處理機(jī)制，例如：對斷言異常的處理22/39第7章異常處理與文件操作7.3文件操作文件是計算機(jī)中用來長期保存數(shù)據(jù)的容器，文件中可以存儲很多不同類型的數(shù)據(jù)，包括文字、圖片、音樂、計算機(jī)程序、電話號碼表等類型的數(shù)據(jù)都可以存在文件里面。為了能夠達(dá)到長期保存數(shù)據(jù)的目的，文件在不被使用的時候，是存放在外存儲器中的，只有需要使用文件中數(shù)據(jù)的時候，文件才會被計算機(jī)讀取到內(nèi)存中，并且在使用完畢后，還需要將外存儲器中的文件內(nèi)容更新至與內(nèi)存中的最新狀態(tài)一致。大多數(shù)操作系統(tǒng)的文件名包含兩個部分，在文件名中通常用一個點(diǎn)（.）進(jìn)行分隔，點(diǎn)之前的部分用于區(qū)分文件對象，被稱為主文件名，點(diǎn)后面的部分用于表示文件的類型，被稱為文件的擴(kuò)展名。為了找到外存儲器中文件所處的位置而經(jīng)歷的一系列文件夾序列稱為路徑，如C:/Windows/regedit.exe和D:/python/chapter7/data.txt等文件位置的描述都包含了正確的文件路徑信息，其中，.exe和.txt表示文件的擴(kuò)展名，分別表示regedit.exe是一個可執(zhí)行文件，而data.txt是一個文本文件。計算機(jī)中的文件24/39在知道文件所在位置的路徑和文件名之后，便可以對文件進(jìn)行相應(yīng)的操作，完整的文件操作一般包括如下幾步：（1）打開文件。（2）讀取文件中的數(shù)據(jù)或?qū)⒅付ǖ臄?shù)據(jù)寫入文件。（3）關(guān)閉文件。上述步驟表示：在操作文件對象之前，必須先打開文件，然后再進(jìn)行文件的讀寫操作，最后還必須關(guān)閉文件，以釋放對文件的占用，讓其他的程序能夠?qū)ζ溥M(jìn)行正常訪問。其中，讀取文件中數(shù)據(jù)的操作和將指定的數(shù)據(jù)寫入文件的操作是最主要的文件操作，在接下來的章節(jié)中分別進(jìn)行介紹。一般的文件處理操作步驟25/39通過內(nèi)置函數(shù)open()可以完成打開文件的操作，其語法格式如下：open(file,mode='r',encoding=None)其中，open()函數(shù)的第一個參數(shù)file用于指定文件的所在位置，即文件的路徑和文件名，如果省略文件路徑，則表示操作的文件與當(dāng)前程序文件在同一個文件夾下，第二個參數(shù)mode用于指定打開文件的模式，第三個參數(shù)encoding表示文本文件的編碼方式。常見的用于指定文件打開模式的字符有：'r'：代表以讀取模式打開文件，若指定的文件不存在，則會引發(fā)程序錯誤；'r+'：代表對'r'模式增加了寫入數(shù)據(jù)的能力；'w'：代表以寫入模式打開文件，該模式將抹去已有文件中之前的內(nèi)容，若指定的文件不存在，則會在該位置創(chuàng)建新文件；'w+'：代表對'w'模式增加了讀取數(shù)據(jù)的能力；打開文件對象26/39'x'：代表以排他性創(chuàng)建文件的寫入模式打開文件，所謂排他性創(chuàng)建指的是參數(shù)file指定的文件之前必須不存在，如果已經(jīng)存在則會引發(fā)程序錯誤；'x+'：代表對'x'模式增加了讀取數(shù)據(jù)的能力；'a'：代表以追加寫入模式打開文件，追加的內(nèi)容會放置在文件末尾；'a+'：代表對'a'模式增加了讀取數(shù)據(jù)的能力；'t'：代表以文本模式打開文件，即讀取和寫入的內(nèi)容都是字符串?dāng)?shù)據(jù)；'b'：代表以二進(jìn)制模式打開文件，即讀取和寫入的內(nèi)容都是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。open()函數(shù)被調(diào)用時，如果沒有指定是使用文本模式't'還是二進(jìn)制模式'b'打開文件，默認(rèn)都是使用文本模式't'打開文件對象。打開文件對象（續(xù)）27/39一個文件在程序中被打開，我們也稱該文件被這段程序占用，此時如果其他程序也來操作同一個文件，會造成操作沖突，因此在程序中不再需要操作文件對象時，需要及時將其關(guān)閉，關(guān)閉文件的方法是使用文件對象的close()方法，該方法的語法格式如下：file.close()其中，變量file指的是已打開的文件對象，程序例7_11中包含了打開和關(guān)閉文件的程序示例。關(guān)閉文件對象28/3929/39打開文件后，使用文件對象的write()方法即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入操作，該方法的語法格式如下：file.write(s)其中，參數(shù)s表示即將寫入文件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。程序例7_12演示了一個打開文件、寫文件、關(guān)閉文件的完整示例。寫入文件內(nèi)容30/39若要對程序例7_12運(yùn)行后產(chǎn)生的animal.txt文件中的內(nèi)容進(jìn)行追加，我們可以使用如下程序：上述程序以追加模式'a'打開文件，程序運(yùn)行后會在文件“animal.txt”的末尾追加三行新的字符串?dāng)?shù)據(jù)，即“Horse”、“Cow”和“Sheep”。與寫入模式'w'類似，以追加模式'a'打開文件時，如果被打開的文件不存在，則會在該位置創(chuàng)建文件。追加文件內(nèi)容31/39為了讀取上一節(jié)中寫入文件中的數(shù)據(jù)，在打開文件時，需要指定oepn()函數(shù)的參數(shù)為打開模式'r'。打開文件后可以使用文件對象的read()方法讀取文件內(nèi)容，該方法的語法格式如下：file.read(size=-1)其中，參數(shù)size表示從文件中讀取的字符個數(shù)，如果沒有指定，則表示讀取文件中的所有內(nèi)容，如果read()方法的返回內(nèi)容為空字符串，表示文件中已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)可以讀取，例如：讀取文件內(nèi)容32/39對于文本文件，除了使用文件對象的read()方法以外，還可以用readline()方法和readlines()方法讀取文件中的內(nèi)容，這兩個方法的語法格式如下：file.readline()和file.readlines()文件對象的readline()方法表示從文件中讀取一行，當(dāng)該方法的返回內(nèi)容為空字符串時，表示文件中已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)可以讀取，例如：讀取文件內(nèi)容（續(xù)）33/39文件對象的readlines()方法表示以列表的形式返回文件中的所有行，例如：運(yùn)行結(jié)果如下：觀察程序的運(yùn)行結(jié)果可知，文件對象的readlines()方法將讀取文件中的所有行，并返回一個列表對象，其中的每一個元素就是文件中的一行文本。與readline()方法類似，每行文本之后依然會保留原始數(shù)據(jù)中的換行符'\n'。讀取文件內(nèi)容（續(xù)）34/39同時，由于文件對象本身也是一個可迭代對象，如果希望以最簡單的方式對文件中的內(nèi)容進(jìn)行迭代，可以直接構(gòu)造迭代循環(huán)對文件對象進(jìn)行遍歷，此時循環(huán)變量對應(yīng)的就是文件中的每一行文本，例如：對文件對象迭代35/39在編寫有關(guān)文件讀取的程序時，如果在讀寫過程中產(chǎn)生了錯誤，將會導(dǎo)致程序不能及時將打開的文件關(guān)閉，例如：由于上述程序在進(jìn)行36/0的運(yùn)算過程中會產(chǎn)生除數(shù)為0的錯誤，這將導(dǎo)致程序立刻停止運(yùn)行。顯然，之后的文件關(guān)閉語句file.close()也沒有被運(yùn)行，這就意味著在該程序中打開的文件對象沒有被正確關(guān)閉，如果此時有其他程序也要對該文件進(jìn)行操作就會引發(fā)錯誤，帶來一系列的不良后果。資源對象需要在程序中正確關(guān)閉36/39為了解決上述問題，可以在例7_18的程序中引入異常處理機(jī)制，無論程序是否遇到了錯誤都必須保證文件對象被正確關(guān)閉，例如：使用異常處理機(jī)制解決上述問題37/39Python語言為了簡化上述程序，提出了上下文管理器機(jī)制，即由Python幫助程序員管理程序中的各種資源，無需程序員構(gòu)造相應(yīng)的關(guān)閉資源對象的語句。為了定義上下文管理器，需要使用with關(guān)鍵字，其語法格式如下：with資源對象[as別名]:

語句塊使用上下文管理器對例7_19的程序進(jìn)行改造，程序如下：上下文管理器與with語句38/39第7章異常處理與文件操作7.4本章小結(jié)本章介紹了異常處理、斷言、文件處理