Python 程序设计 - 22. 异常处理

1. 引入

在开发程序时，难免会遇到各种错误和异常情况。例如，文件读取失败、用户输入无效、网络请求出错等等。为了提高程序的稳定性和可靠性，我们需要学会处理这些错误，以确保程序能够在出现问题时正确地处理，而不是直接崩溃。

Python 提供了异常处理机制，可以通过 try、except、else 和 finally 来捕获和处理异常。在本节中，我们将深入了解 Python 的异常处理机制，并通过实例讲解如何使用它来提高程序的健壮性。

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2. 异常处理的基本概念

在 Python 中，程序在执行过程中可能会抛出错误或异常。我们可以使用异常处理机制来捕获这些错误并进行相应的处理。这样，程序在出现错误时不会崩溃，而是能优雅地处理错误。

常见的异常类型

异常类型	描述
ZeroDivisionError	除零错误
ValueError	值错误，通常是传入的参数类型不正确
FileNotFoundError	文件未找到错误
IndexError	列表索引越界错误
TypeError	类型错误
KeyError	字典中找不到指定键的错误

异常处理语法

Python 使用 try、except、else 和 finally 来处理异常，基本结构如下：

try:
    # 可能会抛出异常的代码
except ExceptionType as e:
    # 异常处理代码
else:
    # 如果没有异常，执行这部分代码
finally:
    # 无论是否抛出异常，都会执行的代码（常用于资源释放）

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3. 异常处理的基本用法

（1）捕获异常

最常见的用法是使用 try 和 except 来捕获可能发生的异常，并进行相应的处理。except 可以捕获特定类型的异常。

语法

try:
    # 可能出错的代码
except ExceptionType:
    # 异常发生时执行的代码

案例：

try:
    x = 1 / 0  # 除零错误
except ZeroDivisionError:
    print("发生除零错误！")

输出：

发生除零错误！

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（2）捕获多种异常

你可以通过多个 except 语句来捕获不同类型的异常，或者使用一个 except 语句捕获多个异常。

语法

try:
    # 可能出错的代码
except (ExceptionType1, ExceptionType2):
    # 异常发生时执行的代码

案例：

try:
    x = int("abc")  # 值错误
except (ZeroDivisionError, ValueError) as e:
    print(f"发生错误: {e}")

输出：

发生错误: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

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（3）使用 else 语句

else 语句在 try 语句块没有抛出异常时执行。else 语句通常用于在没有异常的情况下执行一些后续代码。

语法

try:
    # 可能出错的代码
except ExceptionType:
    # 异常发生时执行的代码
else:
    # 如果没有异常，执行的代码

案例：

try:
    x = 5 / 2
except ZeroDivisionError:
    print("发生除零错误！")
else:
    print(f"计算结果是：{x}")

输出：

计算结果是：2.5

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（4）使用 finally 语句

finally 语句中的代码不管是否发生异常都会被执行，通常用于释放资源、关闭文件等操作。

语法

try:
    # 可能出错的代码
except ExceptionType:
    # 异常发生时执行的代码
finally:
    # 无论是否有异常，都会执行的代码

案例：

try:
    f = open("test.txt", "r")
    content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到！")
finally:
    print("执行完毕，无论是否发生异常！")

输出：

文件未找到！
执行完毕，无论是否发生异常！

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4. 异常的传递与自定义异常

（1）异常的传递

异常不仅可以在 try 块内捕获，也可以向上层传递。例如，如果一个函数内发生异常，但没有处理，则会传递给调用该函数的地方。

案例：

def divide(a, b):
    return a / b

try:
    result = divide(5, 0)
except ZeroDivisionError:
    print("除零错误！")

输出：

除零错误！

（2）自定义异常

Python 允许你定义自己的异常类型。自定义异常通常继承自 Exception 类。

语法

class CustomError(Exception):
    pass

try:
    raise CustomError("这是一个自定义错误")
except CustomError as e:
    print(f"捕获到自定义异常: {e}")

案例：

class NegativeNumberError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

def check_positive(number):
    if number < 0:
        raise NegativeNumberError("数字不能为负数")
    return number

try:
    check_positive(-1)
except NegativeNumberError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")

输出：

捕获到异常: 数字不能为负数

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5. 总结与练习题

在本节中，我们学习了 Python 中的异常处理机制，包括如何捕获和处理常见的异常类型，如何使用 try、except、else 和 finally 来构建健壮的程序。此外，我们还学习了如何自定义异常并处理异常的传递。

通过使用异常处理，程序能够优雅地应对运行时错误，避免程序崩溃，并提供更好的错误信息。

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6. 练习题（不少于 3 题）

练习 1

编写一个程序，要求用户输入一个数字，并将其转换为整数。如果输入的不是数字，程序应捕获 ValueError 并提示用户重新输入。

练习 2

编写一个程序，打开一个文件 data.txt，如果文件不存在，则捕获 FileNotFoundError 错误并提示用户文件未找到。

练习 3

编写一个程序，定义一个函数 divide(a, b)，计算两个数相除，并在除数为零时抛出一个 ZeroDivisionError 异常。

练习 4

编写一个程序，捕获 IndexError 异常，并在列表访问越界时打印错误信息。

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7. 练习题答案

答案 1

while True:
    try:
        num = int(input("请输入一个数字: "))
        break
    except ValueError:
        print("输入无效，请输入一个有效的数字！")

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答案 2

try:
    with open("data.txt", "r") as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到！")

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答案 3

def divide(a, b):
    if b == 0:
        raise ZeroDivisionError("除数不能为零！")
    return a / b

try:
    result = divide(5, 0)
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")

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答案 4

lst = [1, 2, 3]
try:
    print(lst[5])
except IndexError:
    print("列表索引越界！")

通过这些练习，你已经掌握了如何处理异常并使程序更加健壮。希望你能在实际开发中灵活运用异常处理，增强程序的稳定性和用户体验。