《Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》?精品課件合集Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)第7章異常處理與文件操作程序在編制的過(guò)程中，難免包含各種各樣的缺陷和錯(cuò)誤，雖然我們已經(jīng)盡可能編寫(xiě)正確的程序，但這并不足以消滅所有導(dǎo)致程序出錯(cuò)的因素，所以，必須學(xué)會(huì)使用異常處理機(jī)制來(lái)削弱可能發(fā)生的錯(cuò)誤對(duì)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(yǔ)言程序中的錯(cuò)誤通常被分為3種，分別是語(yǔ)法錯(cuò)誤、語(yǔ)義錯(cuò)誤和運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。由于包含語(yǔ)法錯(cuò)誤的程序無(wú)法順利被Python解釋器識(shí)別，所以Python開(kāi)發(fā)工具會(huì)幫助我們?cè)谶\(yùn)行程序前就修正各種語(yǔ)法錯(cuò)誤。語(yǔ)義錯(cuò)誤，也被稱(chēng)作邏輯錯(cuò)誤，包含這種錯(cuò)誤的程序雖然可以運(yùn)行，但是無(wú)法得到預(yù)期的結(jié)果。運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（異常），是指程序在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的未預(yù)期的錯(cuò)誤。Python語(yǔ)言程序中的錯(cuò)誤4/39Python語(yǔ)言程序中的錯(cuò)誤通常被分為3種，分別是語(yǔ)法錯(cuò)誤、語(yǔ)義錯(cuò)誤和運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。由于包含語(yǔ)法錯(cuò)誤的程序無(wú)法順利被Python解釋器識(shí)別，所以Python開(kāi)發(fā)工具會(huì)幫助我們?cè)谶\(yùn)行程序前就修正各種語(yǔ)法錯(cuò)誤。語(yǔ)義錯(cuò)誤，也被稱(chēng)作邏輯錯(cuò)誤，包含這種錯(cuò)誤的程序雖然可以運(yùn)行，但是無(wú)法得到預(yù)期的結(jié)果。運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（異常），是指程序在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的未預(yù)期的錯(cuò)誤。為了提高軟件的容錯(cuò)性、改善軟件在遇到錯(cuò)誤時(shí)的用戶(hù)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(duì)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（即異常），避免軟件系統(tǒng)因?yàn)橛龅藉e(cuò)誤而直接崩潰。Python語(yǔ)言程序中的錯(cuò)誤5/39例如，編寫(xiě)程序提示用戶(hù)從鍵盤(pán)上輸入兩個(gè)整數(shù)，打印這兩個(gè)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(yǔ)法格式如下：try:

語(yǔ)句塊1except:

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

語(yǔ)句塊1except異常1:

語(yǔ)句塊2[except異常2：語(yǔ)句塊3…][except:

語(yǔ)句塊n]在except關(guān)鍵字后添加異常的類(lèi)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(yǔ)句塊1發(fā)生異常時(shí)，將逐一搜索關(guān)鍵字except引導(dǎo)的異常類(lèi)型，如果產(chǎn)生的錯(cuò)誤與except引導(dǎo)的異常類(lèi)型匹配，則運(yùn)行對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句塊，否則運(yùn)行沒(méi)有指定異常類(lèi)型的except關(guān)鍵字所包含的語(yǔ)句塊n。特別注意，沒(méi)有指定異常類(lèi)型的except和其引導(dǎo)的語(yǔ)句塊n必須放在該結(jié)構(gòu)的最后，例如：特定類(lèi)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(shí)，還可以在其中添加以關(guān)鍵字else引導(dǎo)的部分，其語(yǔ)法格式如下：try:

語(yǔ)句塊1except異常1:

語(yǔ)句塊2[except異常2：語(yǔ)句塊3…][except:

語(yǔ)句塊n][else:

語(yǔ)句塊e]異常處理中的else…語(yǔ)句11/39由關(guān)鍵字else引導(dǎo)的語(yǔ)句，將會(huì)在try引導(dǎo)的語(yǔ)句塊沒(méi)有產(chǎn)生任何異常時(shí)被運(yùn)行。例如，在例7_3中加入else引導(dǎo)的語(yǔ)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(shí)，還可以在其中添加以關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的部分，其語(yǔ)法格式如下：try:

語(yǔ)句塊1except異常1:

語(yǔ)句塊2[except異常2：語(yǔ)句塊3…][except:

語(yǔ)句塊n][else:

語(yǔ)句塊e][finally:

語(yǔ)句塊f]異常處理中的finally…語(yǔ)句13/39由關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的語(yǔ)句塊放在整個(gè)結(jié)構(gòu)的最后，無(wú)論之前由關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語(yǔ)句塊有沒(méi)有發(fā)生異常，程序最后都會(huì)去運(yùn)行由關(guān)鍵字finally引導(dǎo)的語(yǔ)句塊，finally引導(dǎo)的程序程序一般會(huì)用來(lái)釋放try語(yǔ)句塊中已運(yùn)行程序所占用的各類(lèi)計(jì)算機(jī)資源，防止由于計(jì)算機(jī)資源耗盡而導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰。例如，在例7_3中加入finally引導(dǎo)的語(yǔ)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(guò)之前的學(xué)習(xí)可以知道，由關(guān)鍵字try引導(dǎo)的語(yǔ)句塊在運(yùn)行時(shí)如果遇到異常，Python會(huì)隱藏默認(rèn)的錯(cuò)誤信息，取而代之的是去執(zhí)行由except關(guān)鍵字引導(dǎo)的語(yǔ)句塊。顯然，這樣做的好處是程序的使用者無(wú)需面對(duì)晦澀難懂的錯(cuò)誤信息，可是對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)看不到程序的錯(cuò)誤信息就無(wú)法對(duì)程序進(jìn)行有效的糾錯(cuò)，此時(shí)需要使用raise語(yǔ)句主動(dòng)將錯(cuò)誤信息輸出在屏幕中，其語(yǔ)法格式如下：raise[異常對(duì)象]如果raise語(yǔ)句中沒(méi)有指定的異常對(duì)象，raise會(huì)重新引發(fā)當(dāng)前作用域內(nèi)最后一個(gè)激活的異常。例如，在例7_3中except引導(dǎo)的語(yǔ)句塊中加入raise語(yǔ)句，可以得到如下程序（見(jiàn)下頁(yè)）：異常處理中的raise語(yǔ)句15/39上述程序的運(yùn)行結(jié)果如下：raise語(yǔ)句舉例16/39第7章異常處理與文件操作7.2斷言與assert語(yǔ)句斷言是Python提供給程序員的另外一個(gè)強(qiáng)大的錯(cuò)誤調(diào)試工具，所謂斷言，就是通過(guò)對(duì)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T(mén)rue則程序不采取任何措施，否則觸發(fā)AssertionError即斷言異常，assert語(yǔ)句的語(yǔ)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(huì)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T(mén)rue，則不采取任何措施。例如例7_7中包含的assert語(yǔ)句中的斷言表達(dá)式的值均為T(mén)rue，所以程序不會(huì)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(jì)算過(guò)程中，往往對(duì)用戶(hù)輸入的數(shù)據(jù)有一定的要求，比如在計(jì)算三角形的面積時(shí)，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(shí)我們就可以在程序中使用斷言來(lái)判定該條件是否成立，例如：運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)下頁(yè)斷言的應(yīng)用舉例20/39上述程序在計(jì)算三角形面積之前，會(huì)先去檢驗(yàn)assert語(yǔ)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(huì)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(cuò)誤提示，可以在其中引入異常處理機(jī)制，例如：對(duì)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(jì)算機(jī)中用來(lái)長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的容器，文件中可以存儲(chǔ)很多不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，包括文字、圖片、音樂(lè)、計(jì)算機(jī)程序、電話號(hào)碼表等類(lèi)型的數(shù)據(jù)都可以存在文件里面。為了能夠達(dá)到長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)的目的，文件在不被使用的時(shí)候，是存放在外存儲(chǔ)器中的，只有需要使用文件中數(shù)據(jù)的時(shí)候，文件才會(huì)被計(jì)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(chǔ)器中的文件內(nèi)容更新至與內(nèi)存中的最新?tīng)顟B(tài)一致。大多數(shù)操作系統(tǒng)的文件名包含兩個(gè)部分，在文件名中通常用一個(gè)點(diǎn)（.）進(jìn)行分隔，點(diǎn)之前的部分用于區(qū)分文件對(duì)象，被稱(chēng)為主文件名，點(diǎn)后面的部分用于表示文件的類(lèi)型，被稱(chēng)為文件的擴(kuò)展名。為了找到外存儲(chǔ)器中文件所處的位置而經(jīng)歷的一系列文件夾序列稱(chēng)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(gè)可執(zhí)行文件，而data.txt是一個(gè)文本文件。計(jì)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(duì)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(kāi)文件。（2）讀取文件中的數(shù)據(jù)或?qū)⒅付ǖ臄?shù)據(jù)寫(xiě)入文件。（3）關(guān)閉文件。上述步驟表示：在操作文件對(duì)象之前，必須先打開(kāi)文件，然后再進(jìn)行文件的讀寫(xiě)操作，最后還必須關(guān)閉文件，以釋放對(duì)文件的占用，讓其他的程序能夠?qū)ζ溥M(jìn)行正常訪問(wèn)。其中，讀取文件中數(shù)據(jù)的操作和將指定的數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件的操作是最主要的文件操作，在接下來(lái)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(guò)內(nèi)置函數(shù)open()可以完成打開(kāi)文件的操作，其語(yǔ)法格式如下：open(file,mode='r',encoding=None)其中，open()函數(shù)的第一個(gè)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(gè)文件夾下，第二個(gè)參數(shù)mode用于指定打開(kāi)文件的模式，第三個(gè)參數(shù)encoding表示文本文件的編碼方式。常見(jiàn)的用于指定文件打開(kāi)模式的字符有：'r'：代表以讀取模式打開(kāi)文件，若指定的文件不存在，則會(huì)引發(fā)程序錯(cuò)誤；'r+'：代表對(duì)'r'模式增加了寫(xiě)入數(shù)據(jù)的能力；'w'：代表以寫(xiě)入模式打開(kāi)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(huì)在該位置創(chuàng)建新文件；'w+'：代表對(duì)'w'模式增加了讀取數(shù)據(jù)的能力；打開(kāi)文件對(duì)象26/39'x'：代表以排他性創(chuàng)建文件的寫(xiě)入模式打開(kāi)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(huì)引發(fā)程序錯(cuò)誤；'x+'：代表對(duì)'x'模式增加了讀取數(shù)據(jù)的能力；'a'：代表以追加寫(xiě)入模式打開(kāi)文件，追加的內(nèi)容會(huì)放置在文件末尾；'a+'：代表對(duì)'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(kāi)文件，即讀取和寫(xiě)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(kāi)文件，即讀取和寫(xiě)入的內(nèi)容都是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。open()函數(shù)被調(diào)用時(shí)，如果沒(méi)有指定是使用文本模式't'還是二進(jìn)制模式'b'打開(kāi)文件，默認(rèn)都是使用文本模式't'打開(kāi)文件對(duì)象。打開(kāi)文件對(duì)象（續(xù)）27/39一個(gè)文件在程序中被打開(kāi)，我們也稱(chēng)該文件被這段程序占用，此時(shí)如果其他程序也來(lái)操作同一個(gè)文件，會(huì)造成操作沖突，因此在程序中不再需要操作文件對(duì)象時(shí)，需要及時(shí)將其關(guān)閉，關(guān)閉文件的方法是使用文件對(duì)象的close()方法，該方法的語(yǔ)法格式如下：file.close()其中，變量file指的是已打開(kāi)的文件對(duì)象，程序例7_11中包含了打開(kāi)和關(guān)閉文件的程序示例。關(guān)閉文件對(duì)象28/3929/39打開(kāi)文件后，使用文件對(duì)象的write()方法即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫(xiě)入操作，該方法的語(yǔ)法格式如下：file.write(s)其中，參數(shù)s表示即將寫(xiě)入文件中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。程序例7_12演示了一個(gè)打開(kāi)文件、寫(xiě)文件、關(guān)閉文件的完整示例。寫(xiě)入文件內(nèi)容30/39若要對(duì)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(kāi)文件，程序運(yùn)行后會(huì)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(xiě)入模式'w'類(lèi)似，以追加模式'a'打開(kāi)文件時(shí)，如果被打開(kāi)的文件不存在，則會(huì)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(xiě)入文件中的數(shù)據(jù)，在打開(kāi)文件時(shí)，需要指定oepn()函數(shù)的參數(shù)為打開(kāi)模式'r'。打開(kāi)文件后可以使用文件對(duì)象的read()方法讀取文件內(nèi)容，該方法的語(yǔ)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(gè)數(shù)，如果沒(méi)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(méi)有數(shù)據(jù)可以讀取，例如：讀取文件內(nèi)容32/39對(duì)于文本文件，除了使用文件對(duì)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(gè)方法的語(yǔ)法格式如下：file.readline()和file.readlines()文件對(duì)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(shí)，表示文件中已經(jīng)沒(méi)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(duì)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(duì)象的readlines()方法將讀取文件中的所有行，并返回一個(gè)列表對(duì)象，其中的每一個(gè)元素就是文件中的一行文本。與readline()方法類(lèi)似，每行文本之后依然會(huì)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(shí)，由于文件對(duì)象本身也是一個(gè)可迭代對(duì)象，如果希望以最簡(jiǎn)單的方式對(duì)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(duì)文件對(duì)象進(jìn)行遍歷，此時(shí)循環(huán)變量對(duì)應(yīng)的就是文件中的每一行文本，例如：對(duì)文件對(duì)象迭代35/39在編寫(xiě)有關(guān)文件讀取的程序時(shí)，如果在讀寫(xiě)過(guò)程中產(chǎn)生了錯(cuò)誤，將會(huì)導(dǎo)致程序不能及時(shí)將打開(kāi)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(guò)程中會(huì)產(chǎn)生除數(shù)為0的錯(cuò)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(yǔ)句file.close()也沒(méi)有被運(yùn)行，這就意味著在該程序中打開(kāi)的文件對(duì)象沒(méi)有被正確關(guān)閉，如果此時(shí)有其他程序也要對(duì)該文件進(jìn)行操作就會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤，帶來(lái)一系列的不良后果。資源對(duì)象需要在程序中正確關(guān)閉36/39為了解決上述問(wèn)題，可以在例7_18的程序中引入異常處理機(jī)制，無(wú)論程序是否遇到了錯(cuò)誤都必須保證文件對(duì)象被正確關(guān)閉，例如：使用異常處理機(jī)制解決上述問(wèn)題37/39Python語(yǔ)言為了簡(jiǎn)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(wú)需程序員構(gòu)造相應(yīng)的關(guān)閉資源對(duì)象的語(yǔ)句。為了定義上下文管理器，需要使用with關(guān)鍵字，其語(yǔ)法格式如下：with資源對(duì)象[as別名]:

語(yǔ)句塊使用上下文管理器對(duì)例7_19的程序進(jìn)行改造，程序如下：上下文管理器與with語(yǔ)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