第7章 异常处理与文件操作《Python语言程序设计》教学课件

《Python语言程序设计》✩精品课件合集Python语言程序设计第7章异常处理与文件操作程序在编制的过程中，难免包含各种各样的缺陷和错误，虽然我们已经尽可能编写正确的程序，但这并不足以消灭所有导致程序出错的因素，所以，必须学会使用异常处理机制来削弱可能发生的错误对程序运行产生的负面作用。引言2/39第7章异常处理与文件操作7.1异常处理Python语言程序中的错误通常被分为3种，分别是语法错误、语义错误和运行时错误。由于包含语法错误的程序无法顺利被Python解释器识别，所以Python开发工具会帮助我们在运行程序前就修正各种语法错误。语义错误，也被称作逻辑错误，包含这种错误的程序虽然可以运行，但是无法得到预期的结果。运行时错误（异常），是指程序在运行过程中产生的未预期的错误。Python语言程序中的错误4/39Python语言程序中的错误通常被分为3种，分别是语法错误、语义错误和运行时错误。由于包含语法错误的程序无法顺利被Python解释器识别，所以Python开发工具会帮助我们在运行程序前就修正各种语法错误。语义错误，也被称作逻辑错误，包含这种错误的程序虽然可以运行，但是无法得到预期的结果。运行时错误（异常），是指程序在运行过程中产生的未预期的错误。为了提高软件的容错性、改善软件在遇到错误时的用户体验，Python提供了一种名为异常处理的机制，这种机制帮助程序更好地应对运行时错误（即异常），避免软件系统因为遇到错误而直接崩溃。Python语言程序中的错误5/39例如，编写程序提示用户从键盘上输入两个整数，打印这两个整数的实数商，程序如下：程序的运行结果如下：包含异常的程序举例6/39在Python中使用try和except关键字可以构建最基本的异常处理程序，语法格式如下：try:

语句块1except:

语句块2其中，由关键字try引导的语句块1是需要对其进行异常捕获的程序，即语句块1中的程序在运行过程中如果产生了异常，就会运行由关键字except引导的语句块2，例如（见下页）：try…except…语句7/39运行结果如下：try…except…举例8/39Python中，可以通过在关键字except后添加异常的类型以捕获不同类型的异常，从而执行不同的语句块，具体的语法格式如下：try:

语句块1except异常1:

语句块2[except异常2：语句块3…][except:

语句块n]在except关键字后添加异常的类型9/39如果构造上述结构的异常处理程序，当关键字try引导的语句块1发生异常时，将逐一搜索关键字except引导的异常类型，如果产生的错误与except引导的异常类型匹配，则运行对应的语句块，否则运行没有指定异常类型的except关键字所包含的语句块n。特别注意，没有指定异常类型的except和其引导的语句块n必须放在该结构的最后，例如：特定类型异常的捕获10/39在构建包含异常处理机制的程序结构时，还可以在其中添加以关键字else引导的部分，其语法格式如下：try:

语句块1except异常1:

语句块2[except异常2：语句块3…][except:

语句块n][else:

语句块e]异常处理中的else…语句11/39由关键字else引导的语句，将会在try引导的语句块没有产生任何异常时被运行。例如，在例7_3中加入else引导的语句块，可以得到如下程序：在异常处理中添加else分支12/39在构建包含异常处理机制的程序结构时，还可以在其中添加以关键字finally引导的部分，其语法格式如下：try:

语句块1except异常1:

语句块2[except异常2：语句块3…][except:

语句块n][else:

语句块e][finally:

语句块f]异常处理中的finally…语句13/39由关键字finally引导的语句块放在整个结构的最后，无论之前由关键字try引导的语句块有没有发生异常，程序最后都会去运行由关键字finally引导的语句块，finally引导的程序程序一般会用来释放try语句块中已运行程序所占用的各类计算机资源，防止由于计算机资源耗尽而导致整个计算机系统崩溃。例如，在例7_3中加入finally引导的语句块，可以得到如下程序：在异常处理中添加finally分支14/39通过之前的学习可以知道，由关键字try引导的语句块在运行时如果遇到异常，Python会隐藏默认的错误信息，取而代之的是去执行由except关键字引导的语句块。显然，这样做的好处是程序的使用者无需面对晦涩难懂的错误信息，可是对于程序员来说看不到程序的错误信息就无法对程序进行有效的纠错，此时需要使用raise语句主动将错误信息输出在屏幕中，其语法格式如下：raise[异常对象]如果raise语句中没有指定的异常对象，raise会重新引发当前作用域内最后一个激活的异常。例如，在例7_3中except引导的语句块中加入raise语句，可以得到如下程序（见下页）：异常处理中的raise语句15/39上述程序的运行结果如下：raise语句举例16/39第7章异常处理与文件操作7.2断言与assert语句断言是Python提供给程序员的另外一个强大的错误调试工具，所谓断言，就是通过对程序员指定的表达式进行逻辑值判定，如果表达式的运算结果为True则程序不采取任何措施，否则触发AssertionError即断言异常，assert语句的语法格式如下：assert断言表达式如果断言表达式的运算结果为False，就会产生AssertionError异常，该异常可以被捕获并处理；如果断言表达式的值为True，则不采取任何措施。例如例7_7中包含的assert语句中的断言表达式的值均为True，所以程序不会产生任何异常。断言表达式18/39断言表达式举例19/39在实际的计算过程中，往往对用户输入的数据有一定的要求，比如在计算三角形的面积时，需要先判定三条边的数值是否满足构成三角形的条件，此时我们就可以在程序中使用断言来判定该条件是否成立，例如：运行结果见下页断言的应用举例20/39上述程序在计算三角形面积之前，会先去检验assert语句中的断言表达式是否成立，如果输入的数据不满足构成三角形的条件，则会产生断言异常，例如：否则，如果输入的数据满足了构成三角形的条件，程序就可以正常运行，例如：断言的应用举例（续）21/39为了让程序例7_9具有更友好的错误提示，可以在其中引入异常处理机制，例如：对断言异常的处理22/39第7章异常处理与文件操作7.3文件操作文件是计算机中用来长期保存数据的容器，文件中可以存储很多不同类型的数据，包括文字、图片、音乐、计算机程序、电话号码表等类型的数据都可以存在文件里面。为了能够达到长期保存数据的目的，文件在不被使用的时候，是存放在外存储器中的，只有需要使用文件中数据的时候，文件才会被计算机读取到内存中，并且在使用完毕后，还需要将外存储器中的文件内容更新至与内存中的最新状态一致。大多数操作系统的文件名包含两个部分，在文件名中通常用一个点（.）进行分隔，点之前的部分用于区分文件对象，被称为主文件名，点后面的部分用于表示文件的类型，被称为文件的扩展名。为了找到外存储器中文件所处的位置而经历的一系列文件夹序列称为路径，如C:/Windows/regedit.exe和D:/python/chapter7/data.txt等文件位置的描述都包含了正确的文件路径信息，其中，.exe和.txt表示文件的扩展名，分别表示regedit.exe是一个可执行文件，而data.txt是一个文本文件。计算机中的文件24/39在知道文件所在位置的路径和文件名之后，便可以对文件进行相应的操作，完整的文件操作一般包括如下几步：（1）打开文件。（2）读取文件中的数据或将指定的数据写入文件。（3）关闭文件。上述步骤表示：在操作文件对象之前，必须先打开文件，然后再进行文件的读写操作，最后还必须关闭文件，以释放对文件的占用，让其他的程序能够对其进行正常访问。其中，读取文件中数据的操作和将指定的数据写入文件的操作是最主要的文件操作，在接下来的章节中分别进行介绍。一般的文件处理操作步骤25/39通过内置函数open()可以完成打开文件的操作，其语法格式如下：open(file,mode='r',encoding=None)其中，open()函数的第一个参数file用于指定文件的所在位置，即文件的路径和文件名，如果省略文件路径，则表示操作的文件与当前程序文件在同一个文件夹下，第二个参数mode用于指定打开文件的模式，第三个参数encoding表示文本文件的编码方式。常见的用于指定文件打开模式的字符有：'r'：代表以读取模式打开文件，若指定的文件不存在，则会引发程序错误；'r+'：代表对'r'模式增加了写入数据的能力；'w'：代表以写入模式打开文件，该模式将抹去已有文件中之前的内容，若指定的文件不存在，则会在该位置创建新文件；'w+'：代表对'w'模式增加了读取数据的能力；打开文件对象26/39'x'：代表以排他性创建文件的写入模式打开文件，所谓排他性创建指的是参数file指定的文件之前必须不存在，如果已经存在则会引发程序错误；'x+'：代表对'x'模式增加了读取数据的能力；'a'：代表以追加写入模式打开文件，追加的内容会放置在文件末尾；'a+'：代表对'a'模式增加了读取数据的能力；'t'：代表以文本模式打开文件，即读取和写入的内容都是字符串数据；'b'：代表以二进制模式打开文件，即读取和写入的内容都是二进制数据。open()函数被调用时，如果没有指定是使用文本模式't'还是二进制模式'b'打开文件，默认都是使用文本模式't'打开文件对象。打开文件对象（续）27/39一个文件在程序中被打开，我们也称该文件被这段程序占用，此时如果其他程序也来操作同一个文件，会造成操作冲突，因此在程序中不再需要操作文件对象时，需要及时将其关闭，关闭文件的方法是使用文件对象的close()方法，该方法的语法格式如下：file.close()其中，变量file指的是已打开的文件对象，程序例7_11中包含了打开和关闭文件的程序示例。关闭文件对象28/3929/39打开文件后，使用文件对象的write()方法即可进行数据的写入操作，该方法的语法格式如下：file.write(s)其中，参数s表示即将写入文件中的数据内容。程序例7_12演示了一个打开文件、写文件、关闭文件的完整示例。写入文件内容30/39若要对程序例7_12运行后产生的animal.txt文件中的内容进行追加，我们可以使用如下程序：上述程序以追加模式'a'打开文件，程序运行后会在文件“animal.txt”的末尾追加三行新的字符串数据，即“Horse”、“Cow”和“Sheep”。与写入模式'w'类似，以追加模式'a'打开文件时，如果被打开的文件不存在，则会在该位置创建文件。追加文件内容31/39为了读取上一节中写入文件中的数据，在打开文件时，需要指定oepn()函数的参数为打开模式'r'。打开文件后可以使用文件对象的read()方法读取文件内容，该方法的语法格式如下：file.read(size=-1)其中，参数size表示从文件中读取的字符个数，如果没有指定，则表示读取文件中的所有内容，如果read()方法的返回内容为空字符串，表示文件中已经没有数据可以读取，例如：读取文件内容32/39对于文本文件，除了使用文件对象的read()方法以外，还可以用readline()方法和readlines()方法读取文件中的内容，这两个方法的语法格式如下：file.readline()和file.readlines()文件对象的readline()方法表示从文件中读取一行，当该方法的返回内容为空字符串时，表示文件中已经没有数据可以读取，例如：读取文件内容（续）33/39文件对象的readlines()方法表示以列表的形式返回文件中的所有行，例如：运行结果如下：观察程序的运行结果可知，文件对象的readlines()方法将读取文件中的所有行，并返回一个列表对象，其中的每一个元素就是文件中的一行文本。与readline()方法类似，每行文本之后依然会保留原始数据中的换行符'\n'。读取文件内容（续）34/39同时，由于文件对象本身也是一个可迭代对象，如果希望以最简单的方式对文件中的内容进行迭代，可以直接构造迭代循环对文件对象进行遍历，此时循环变量对应的就是文件中的每一行文本，例如：对文件对象迭代35/39在编写有关文件读取的程序时，如果在读写过程中产生了错误，将会导致程序不能及时将打开的文件关闭，例如：由于上述程序在进行36/0的运算过程中会产生除数为0的错误，这将导致程序立刻停止运行。显然，之后的文件关闭语句file.close()也没有被运行，这就意味着在该程序中打开的文件对象没有被正确关闭，如果此时有其他程序也要对该文件进行操作就会引发错误，带来一系列的不良后果。资源对象需要在程序中正确关闭36/39为了解决上述问题，可以在例7_18的程序中引入异常处理机制，无论程序是否遇到了错误都必须保证文件对象被正确关闭，例如：使用异常处理机制解决上述问题37/39Python语言为了简化上述程序，提出了上下文管理器机制，即由Python帮助程序员管理程序中的各种资源，无需程序员构造相应的关闭资源对象的语句。为了定义上下文管理器，需要使用with关键字，其语法格式如下：with资源对象[as别名]:

语句块使用上下文管理器对例7_19的程序进行改造，程序如下：上下文管理器与with语句38/39第7章异常处理与文件操作7.4本章小结本章介绍了异常处理、断言、文件处理