Python程序設(shè)計基礎(chǔ)第八章 處理異常

匯報人：WPSPython程序設(shè)計基礎(chǔ)第八章處理異常目錄01異常的基礎(chǔ)知識02異常的種類03主動拋出異常04Python生態(tài)系統(tǒng)之shutil庫目錄06拓展實踐：給程序做個彩超07本章小結(jié)05小試牛刀理解異常。掌握異常處理的相關(guān)語句。了解異常的分類。了解匿名函數(shù)的使用方法。掌握

enumerate()函數(shù)的使用方法。在日常生活中每個人都希望從不生病，然而生病卻是不可避免的。在程序編寫的過程中人們也

希望不要出現(xiàn)任何異常，但異常也是不可避免的。正如生病了要治病，出現(xiàn)異常就需要處理異常。

本章將介紹什么是異常及處理異常的相關(guān)語句。學(xué)習(xí)目標PART18.1異常的基礎(chǔ)知識異常是程序在運行過程中由于各種硬件故障（如網(wǎng)絡(luò)中斷，文件不存在等）、軟件設(shè)計錯誤（如

引用不存在的索引）等原因?qū)е碌某绦蝈e誤，這些錯誤通常會終止程序的運行，使程序崩潰。程序員在編寫程序時當然希望避開所有的異常，但由于程序的運行環(huán)境、用戶的操作行為等因

素都不是程序員可以控制的，所以異常也是不可避免的。例如，代碼8.1

接收用戶輸入的兩個數(shù)并

輸出相除結(jié)果，但即便如此簡單的一段程序，也有可能出現(xiàn)意外情形而導(dǎo)致異常。代碼

8.1

認識異常在用戶完全按要求輸入時，程序可以正常執(zhí)行并輸出結(jié)果。但如果用戶輸入的不是數(shù)字而是字

母如

a，則會出現(xiàn)

ValueError異常，錯誤信息如下。如果用戶輸入的是數(shù)字，但在輸入除數(shù)時輸入了

0，則會出現(xiàn)

ZeroDivisionError異常，錯誤信

息如下。如果程序在用戶的輸入不合預(yù)期時就直接崩潰，這樣的程序太脆弱，缺乏穩(wěn)健性和可用性。為了提高程序的穩(wěn)健性，需要某種機制來對異常進行妥善的處理，使程序不會輕易崩潰。8.1.1異常的概念a=float(input('請輸入被除數(shù)：'))b=float(input('請輸入除數(shù)(非

0)：'))print("二者的商為",a/b)ValueError:couldnotconvert

stringto

float:

'a'ZeroDivisionError:floatdivisionby

zeroPython針對異常處理的基本策略是使用

try、except等關(guān)鍵字，形成如下的一個結(jié)構(gòu)。

處理異常的基本語法形式try-except結(jié)構(gòu)的工作原理如下：將有可能產(chǎn)生異常的代碼書寫在

try語句塊中，如果這段代碼執(zhí)行時一切順利，則后面的各

except語句塊就像不存在一樣。如果

try

語句塊的代碼執(zhí)行時出現(xiàn)了某種異常，則根據(jù)異常的類型會激發(fā)相應(yīng)的

except分支下的代碼，或者說異常被相應(yīng)的except分支捕獲。這里“捕獲”的含義是指不要將異常報告給最終用戶，從而導(dǎo)致程序崩潰，而是在出現(xiàn)某種異常時，

執(zhí)行對應(yīng)的

except下的異常處理代碼，這段異常處理代碼負責(zé)對該類型的異常進行妥善的處理。因此

一個try

語句后可以有多個

except

語句，用來捕獲可能產(chǎn)生的多種類型的異常，如代碼

8.2所示。代碼

8.2

使用

try-except進行異常處理8.1.2異常處理的語法結(jié)構(gòu)try:可能引發(fā)異常的代碼except

異常類型名稱

1:異常處理代碼

1except

異常類型名稱

2:異常處理代碼

2try:a=float(input('請輸入被除數(shù)：'))b=float(input('請輸入除數(shù)(非

0)：'))print("二者的商為",a/b)exceptZeroDivisionError:print("除數(shù)不能為

0")exceptValueError:print("請輸入數(shù)字")經(jīng)過

try-except結(jié)構(gòu)的改造后，這段代碼在用戶輸入不合要求的數(shù)據(jù)時就不會輕易崩潰了。如果

用戶輸入字母等無法轉(zhuǎn)換為數(shù)值型的內(nèi)容，則程序會提示用戶“請輸入數(shù)字”。如果除數(shù)輸入了

0，

則程序會提示“除數(shù)不能為0”。無論哪一種情形，程序都會給出合理的交互信息而不是粗暴地崩潰，這極大地增強了程序的穩(wěn)健性。代碼

8.2

的運行結(jié)果如下所示。處理異常的

try、except語句還可以搭配

as、finally等關(guān)鍵字，形成更完備的異常處理結(jié)構(gòu)。下

面看代碼

8.3，這段代碼假設(shè)在指定位置有一個number_div.txt文件，該文件的每一行都是以冒號分隔的兩個數(shù)值，程序的目的是計算得出每一行兩個數(shù)值相除的結(jié)果。代碼在

try語句塊后面預(yù)備了

4

個

except

語句塊，并且最后還有一個

finally

語句塊。無論

try

語句塊的代碼是否出現(xiàn)異常，finally

語句塊的代碼都是要執(zhí)行的。因此

finally語句塊的代碼經(jīng)常用來做一些必需的善后工作，如代碼

8.3

中關(guān)閉已打開的文件。8.1.2異常處理的語法結(jié)構(gòu)請輸入被除數(shù)：46請輸入除數(shù)(非

0)：0除數(shù)不能為

0請輸入被除數(shù)：45ada請輸入數(shù)字代碼

8.3使用

try-except-finally結(jié)構(gòu)處理異常8.1.2異常處理的語法結(jié)構(gòu)f_obj=Nonetry:f_obj=open("file/number_div.txt","r")content=f_obj.readlines()forline

in

content:numbers=line.split(":")print(float(numbers[0])/float(numbers[1]))print("計算完畢。")exceptZeroDivisionError:print("除數(shù)不能為

0")exceptValueErrorase:err_msg=

str(e)loc=err_msg.find(":")print("文件中出現(xiàn)非數(shù)值內(nèi)容：",err_msg[loc+1:])exceptFileNotFoundErrorase:err_msg=

str(e)loc=err_msg.find(":")print(f"指定的文件

{err_msg[loc+1:]}

不存在")except:print("出現(xiàn)未知錯誤")finally:if

f_obj

!=None:f_obj.close()print("謝謝使用，再見")仔細觀察這段代碼中出現(xiàn)的

4個

except語句塊，會發(fā)現(xiàn)最后一個

except沒有指明要捕獲的異常

類型，這意味著除前

3個

except語句塊所處理的異常類型外，程序出現(xiàn)的所有其他類型異常都由最

后的

except語句塊處理。因此這樣的

except必須位于眾多

except語句塊的最后。另外，第

2和第

3個

except語句使用

as關(guān)鍵字為捕獲的異常對象命名為

e，這樣做的優(yōu)點是可

以通過名稱訪問捕獲的異常對象，從而進行更多的處理操作。例如，代碼

8.3就將捕獲的名稱為e

的異常對象通過str()函數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，這個字符串描述了錯誤的信息，其中會出現(xiàn)一個冒號，冒

號后的文本往往是引起異常的源頭。因此程序找到這部分文本將其輸出，以便給用戶更多、更有價

值的錯誤信息。最后的

finally語句塊是無論發(fā)不發(fā)生異?；虬l(fā)生何種異常都要執(zhí)行的代碼段。這里用來關(guān)閉打

開的文件，防止在處理文件內(nèi)部數(shù)據(jù)的過程中出現(xiàn)異常，程序終止運行來不及關(guān)閉文件的情形發(fā)生。

但如果是由于文件路徑等問題導(dǎo)致

open()函數(shù)的執(zhí)行出現(xiàn)異常，文件并沒有成功打開，代碼中

f_obj

變量的值會是None，此時就無須關(guān)閉文件了。代碼

8.3

的運行結(jié)果取決于實際情形。如果指定的文件不存在，則運行效果如下。如果文件打開沒有問題，但內(nèi)部數(shù)據(jù)有非數(shù)值內(nèi)容，則運行結(jié)果如下。其中的“ad”就是文件

中引起異常的文本內(nèi)容。如果文件中的數(shù)據(jù)符合要求，一切順利，則運行結(jié)果如下?？梢姛o論何種情形，finally的代碼都被執(zhí)行了，“謝謝使用，再見”的字樣總會出現(xiàn)在運行結(jié)

果中。如果將

try語句塊中進行類型轉(zhuǎn)換的

float()函數(shù)去掉，則會出現(xiàn)前

3個

except語句塊都無法捕獲的異常，此時就可以看到第

4個

except語句塊的效力了。8.1.2異常處理的語法結(jié)構(gòu)指定的文件'file/number_div.txt'

不存在謝謝使用，再見文件中出現(xiàn)非數(shù)值內(nèi)容：

'ad'謝謝使用，再見7.65計算完畢。謝謝使用，再見PART28.2異常的種類前面的例子涉及了幾種Python

常見的異常類型，

如ZeroDivisionError

、ValueError

及

FileNotFoundError等。它們都是

Python

內(nèi)置的異常類型，此外，Python

內(nèi)置的異常種類還有很多，

下面簡單介紹幾個。（

1

）NameError：當程序嘗試訪問一個未定義的變量時會引發(fā)NameError異常。例如，如果將

代碼

8.3

中第

1行的

f_obj定義改為注釋，當

open()函數(shù)要打開的文件不存在時，最后的

finally語句

塊中的

f_obj變量就會觸發(fā)NameError異常。（2）IndexError：當引用序列中不存在的索引時，會引發(fā)

IndexError異常。例如，在一個只有

5

個元素的列表中要訪問

5或更大的索引序號時就會觸發(fā)這種異常。（3）KeyError：當使用映射中不存在的鍵時，會引發(fā)Keyerror異常。例如，訪問字典中不存在

的鍵時，就會帶來這種問題。（4）AttributeError：當嘗試訪問未知的對象屬性時，會引發(fā)AttributeError

異常。例如，變量a

的類型是整型，在沒有將其轉(zhuǎn)換為字符串的情形下卻要調(diào)用a.find()方法，就會出現(xiàn)“AttributeError:'int'

objecthasnoattribute'find'”的錯誤信息。8.2.1內(nèi)置的常見異常種類（5）SyntaxError：當

Python解釋器發(fā)現(xiàn)語法錯誤時，會引發(fā)

SyntaxError異常。（6）FileNotFoundError：當使用

open()函數(shù)試圖打開不存在的文件時，會引發(fā)

FileNotFoundError

異常。這個異常在代碼8.3中已經(jīng)涉及了。找不到文件的原因可能是提供了錯誤的文件名，如將

readme.txt錯誤地拼寫為readwe.txt；也可能是路徑分隔符與

Python字符串的轉(zhuǎn)義符相沖突造成的。

無論是什么原因?qū)е碌?，只要?/p>

open()函數(shù)放在

try語句塊中，再配合捕獲

FileNotFoundError類型的

except語句塊即可妥善處理這類異常。Python

內(nèi)置的異常種類很多，這里無法一一講解，但它們都有共同的特征，是更廣泛意義上的

同一類對象。實際上

Python

中所有的異常都是對象，因此

except分支中可以使用

as關(guān)鍵字為捕獲

的異常對象命名。每一個異常對象都有其從屬的類別，這個類別又有大與小之分，如除數(shù)為

0

激發(fā)

的異常對象屬于

ZeroDivisionError類，也屬于更大范圍的

ArithmeticError類，當然還屬于Exception

類。這就好比一只貓是一個具體的動物，它屬于貓科，也可以說它屬于哺乳動物類，還可以說它屬于動物類。由此可見，Exception類在

Python異常的類別組成中占有重要地位。8.2.1內(nèi)置的常見異常種類實際上

Python

中“至高無上”的異常類是

BaseException類，它是所有異常的基類。它又包括

4

個子類：SystemExit、KeyboardInterrupt、GeneratorExit、Exception。其中，

最重要的是

Exception類，

它是所有常規(guī)異常的基類，之前講到的常見的異常類型都是

Exception類的子類。程序員如果要自定

義異常，則也需要以

Exception類為父類（類是面向?qū)ο缶幊痰幕靖拍?，有關(guān)父類、子類的含義可參閱第

10章）。雖然使用

Exception類可以捕獲所有常規(guī)異常，但是對于所有異常都使用同一段代碼處理的話，

會使對異常的處理過于粗糙。通常情況下，應(yīng)該盡可能使異常處理的粒度細化，以保證每種異常有

合適的處理方式。因此在except分支中使用Exception

類捕獲異常應(yīng)該作為一種后備的異常處理方式。

換句話說，在

except分支中使用

Exception類的效果類似于在

except分支中不指明異常分類。當然，

嚴格說來二者還是有區(qū)別的，畢竟不是所有的異常都屬于

Exception類。8.2.2Exception異常類盡管

Python提供了相當豐富的異常類型，但有時為了處理特定的業(yè)務(wù)邏輯，如某個軟件應(yīng)用所

特有的運行錯誤，需要根據(jù)程序的邏輯在程序中自行定義需要的異常類和異常對象。Python要求程序自行定義的異常類必須繼承

Exception

類或其他某個

Exception類的子類。換句

話說，自定義異常類必須以Exception

類為基類。通常的做法是先為自己的程序創(chuàng)建一個派生自

Exception類的自定義異常類，然后從此自定義異常類派生其他異常類。這樣不但清晰明了，也方便

管理，如代碼

8.4所示。有關(guān)類的定義與繼承的語法會在第

10章中進行介紹。代碼

8.4自定義異常類示意由于大多數(shù)

Python

內(nèi)置異常的名稱都以“Error”結(jié)尾，所以自定義異常類并對類進行命名時要

遵循同樣的風(fēng)格。8.2.3自定義異常類classMyError(Exception):#MyError類是

Exception類的子類passclassAError(MyError):#AError類是MyError類的子類passclassBError(MyError):#BError類是MyError類的子類passPART38.3主動拋出異常某些情形下，程序運行時也可以主動拋出異常。這種異常一般不是指發(fā)生了內(nèi)存溢出、列表索

引越界等系統(tǒng)級異常，而是程序在執(zhí)行過程中發(fā)生了不符合業(yè)務(wù)邏輯的情形，主要使用的多是用戶自定義異常。主動拋出異常一般可以使用raise語句和

assert語句。代碼

8.3從指定的文件number_div.txt

中讀取數(shù)據(jù)，然后進行相應(yīng)的處理。代碼考慮了很多異常

情形，如文件不存在、除數(shù)為0、文本無法轉(zhuǎn)換為數(shù)值等。這些錯誤一旦發(fā)生，如果不加處理的話

程序就都會崩潰。如果指定文件內(nèi)部沒有任何數(shù)據(jù)呢？這時在業(yè)務(wù)邏輯上已經(jīng)與預(yù)期不一致了，但程序運行時并

不會報錯、崩潰。如果不進行顯式的處理，則很有可能會忽略這種不正常的情形。因此可以將這種

情形定義為一種異常，遇到后主動拋出異常，引起外界注意并進行后期處理。代碼8.5

演示了自定義異常類型并使用

raise語句拋出該異常，注意其中粗體顯示的代碼。8.3.1使用raise語句上報異常代碼

8.5

使用

raise語句拋出異常8.3.1寫入文本文件classNoDataError(Exception):#自定義的異常類型,當文件中沒有數(shù)據(jù)時觸發(fā)passf_obj=Nonetry:f_obj=open("file/number_div.txt","r")content=f_obj.readlines()iflen(content)==0:raiseNoDataError("文件沒有數(shù)據(jù)！")forline

in

content:numbers=line.split(":")print(float(numbers[0])/float(numbers[1]))print("計算完畢。")exceptNoDataErrorase:

#捕獲

raise語句拋出的異常print(e)exceptZeroDivisionError:print("除數(shù)不能為

0")exceptValueErrorase:err_msg=

str(e)loc=err_msg.find(":")print("文件中出現(xiàn)非數(shù)值內(nèi)容：",err_msg[loc+1:])exceptFileNotFoundErrorase:err_msg=

str(e)loc=err_msg.find(":")print(f"指定的文件

{err_msg[loc+1:]}

不存在")except:print("出現(xiàn)未知錯誤")finally:if

f_obj

!=None:f_obj.close()print("謝謝使用，再見")當指定文件為空文件時，代碼

8.5

的運行結(jié)果如下。文件沒有數(shù)據(jù)！謝謝使用，再見程序編寫完成后都要經(jīng)過大量的調(diào)試，去除各種潛藏的“bug”，這個過程被稱為

debug。在調(diào)

試過程中，如果程序運行狀態(tài)已經(jīng)與某種預(yù)期不符，則程序應(yīng)該及時匯報出現(xiàn)的問題。這可以通過

assert語句實現(xiàn)。assert語句也稱為斷言語句，它可以指明程序邏輯預(yù)期應(yīng)該滿足的條件，當程序?qū)?/p>

際運行沒有滿足該條件時會觸發(fā)

AssertionError異常。assert語句的用法如下。當程序應(yīng)滿足的條件表達式結(jié)果為真時，不會拋出異常。當程序運行不滿足條件表達式時，會

引發(fā)

AssertionError異常。其中第

2項的描述信息是可選的，一般是一個字符串，用于描述異常信息。8.3.2使用assert語句調(diào)試程序assert

應(yīng)滿足的條件表達式,不滿足時的描述信息通過設(shè)置異常信息，就可以及時發(fā)現(xiàn)程序運行與預(yù)期不符之處，從而查找原因、改進代碼。下面看代碼

8.6

的演示。代碼

8.6

使用

assert語句調(diào)試程序8.3.2使用assert語句調(diào)試程序f_obj=open("file/number_div.txt","r")content=f_obj.readlines()try:forline

in

content:numbers=line.split("：")

#中文冒號,與文件使用的英文冒號不符assertlen(numbers)==2,"數(shù)據(jù)行拆分不正確！"print(float(numbers[0])/float(numbers[1]))print("計算完畢。")exceptAssertionErrorase:print(e)f_obj.close()print("謝謝使用，再見")這段代碼在進行數(shù)據(jù)行以冒號為標志拆分時，誤將文件使用的英文冒號書寫為中文冒號，因此

會導(dǎo)致拆分失敗。這個小錯誤不仔細看不容易發(fā)現(xiàn)。但如果在拆分后添加assert

斷言，判斷拆分得到的

numbers列表長度是否為

2。如果不是預(yù)期的

2，就會激發(fā)

AssertionError異常，該異常的描述信息是由

assert語句的第

2個參數(shù)指定的。異常被

except語句捕獲后，異常處理語句輸出“數(shù)據(jù)行

拆分不正確！”，這樣就知道程序運行的故障在哪里，有的放矢地去改進代碼。程序最后調(diào)試完成后，這些

assert語句都應(yīng)該從最終版本的程序代碼中去除。當然，即使有assert

語句，有其他各種調(diào)試功能的幫助，程序員也無法保證代碼執(zhí)行時不出現(xiàn)異常，沒有bug。用平和的心態(tài)對待異常，盡可能地預(yù)備好

except分支的代碼，設(shè)置好各種預(yù)案，異常就沒有那么可怕了。PART48.4Python生態(tài)系統(tǒng)之shutil庫為了完成下面的演示，假設(shè)代碼文件存在于子文件夾

test1和

test2

中，而

test1文件夾下有一個

read_me.txt文件。代碼

8.7演示了各種情形下

copy()函數(shù)的工作結(jié)果。其中，Windows路徑分隔符“\”

每一個都要書寫兩遍。代碼

8.7

使用

copy()函數(shù)復(fù)制文件代碼中的路徑使用的是相對路徑，點代表當前路徑。其實換成以盤符開頭的絕對路徑道理是一

樣的。關(guān)鍵在于目標位置的文件夾要事先存在，否則就會像代碼中最后一行的情形，這是因為目標

路徑的

read文件夾不存在而無法完成文件的復(fù)制。8.4.1使用copy()函數(shù)復(fù)制文件import

shutil#指明原文件,目標文件名shutil.copy('.\\test1\\read_me.txt','.\\test1\\read.txt')#目標文件名未指定,就使用原文件名shutil.copy('.\\test1\\read_me.txt','.\\test2\\')#test2

文件夾存在,但

test2

文件夾復(fù)制下沒有me

文件夾#此時me

為目標文件名,原文件被復(fù)制到

test2

文件夾下,名為me,沒有擴展名shutil.copy('.\\test1\\read_me.txt','.\\test2\\me')#目標路徑的

read

文件夾不存在,報錯shutil.copy('.\\test1\\read_me.txt','.\\read\\me')

#errorcopy()函數(shù)雖然可以將文件復(fù)制到指定的目標位置，但原文件的一些元數(shù)據(jù)（如原文件的訪問時

間、修改時間等信息）會丟失。如果不僅需要將文件中的數(shù)據(jù)復(fù)制一份，而且原文件的有關(guān)元數(shù)據(jù)

也要保留，則可以使用

copy2()函數(shù)復(fù)制文件。下面的代碼

8.8使用

copy()與

copy2()函數(shù)復(fù)制同一個文件，之后使用

os庫中的

getmtime()函數(shù)

獲取原文件與兩個復(fù)制文件的修改時間（modify

time）。其實每個文件都有創(chuàng)建時間、修改時間、

最近訪問時間等

3個常用的時間信息?？紤]到文件在復(fù)制到新位置后，創(chuàng)建時間就變成了復(fù)制動作

發(fā)生的時刻，但修改時間保持不變，因此代碼中獲取的是文件的修改時間。類似的，os庫中還有g(shù)etctime()

和

getatime()函數(shù)用于分別獲取創(chuàng)建時間和最后訪問時間。8.4.2使用copy()函數(shù)復(fù)制文件的元數(shù)據(jù)從代碼

8.8

的運行結(jié)果中顯然可見，copy2()函數(shù)復(fù)制的文件保留了原文件的修改時間，而

copy()

函數(shù)則丟掉了這項信息。代碼

8.8使用

copy2()函數(shù)復(fù)制文件和元數(shù)據(jù)8.4.2使用copy()函數(shù)復(fù)制文件的元數(shù)據(jù)import

shutilimport

os#使用

copy()函數(shù)復(fù)制文件shutil.copy('.\\test1\\read_me.txt','.\\test1\\read_me_copy.txt')#使用

copy2()函數(shù)復(fù)制文件shutil.copy2('.\\test1\\read_me.txt','.\\test1\\read_me_copy2.txt')

print("復(fù)制完畢。")modify_time_oldfile=os.path.getmtime('.\\test1\\read_me.txt')modify_time_newfile=os.path.getmtime('.\\test1\\read_me_copy.txt')modify_time_newfile2=os.path.getmtime('.\\test1\\read_me_copy2.txt')print("原文件的修改時間：",modify_time_oldfile)print("copy

函數(shù)復(fù)制的文件的修改時間：",modify_time_newfile)print("copy2

函數(shù)復(fù)制的文件的修改時間：",modify_time_newfile2)代碼

8.8

的運行結(jié)果如下，注意

getmtime()函數(shù)得到的時間是以時間戳形式顯示的。讀者實際嘗

試時也可以從Windows資源管理器中查看這些文件的修改時間。復(fù)制完畢。原文件的修改時間：1676771376.9442756copy

函數(shù)復(fù)制的文件的修改時間：1676774942.3965209copy2

函數(shù)復(fù)制的文件的修改時間：1676771376.9442756無論是

copy()函數(shù)還是

copy2()函數(shù)只能復(fù)制單個文件，如果想復(fù)制某個文件夾下的所有文件甚

至子文件夾，則可以使用

shutil

庫中的

copytree()函數(shù)。其使用方法與

copy()函數(shù)的使用方法大同小

異，需要注意的是，目標路徑的最后一部分不能事先存在，而是由

copytree()函數(shù)創(chuàng)建而成的。如果不是復(fù)制而是移動文件，則只需將

copy()函數(shù)換為

move()函數(shù)即可。disk_