异常处理与调试：如何编写稳健的代码（8/10）

介绍

异常概述

常见的异常类型

使用 try...except 处理异常

基本结构

示例：读取文件内容

捕获多个异常

自定义异常

示例：自定义异常类

调试代码

使用 print() 调试

使用 assert 进行断言调试

使用 pdb 进行交互式调试

示例：使用 pdb 调试

编写健壮代码的原则

1. 使用异常处理

2. 输入验证

3. 使用 finally 进行资源清理

4. 避免捕获所有异常

综合示例：网络请求中的异常处理

总结

异常处理与调试：如何编写稳健的代码（8/10）

介绍

编写代码时，错误是不可避免的，因此有效地处理错误和调试代码是成为优秀开发者的重要技能。Python 提供了强大的异常处理机制，使得我们可以在程序出现错误时优雅地应对，而不会中断整个应用的运行。在本篇文章中，我们将详细讲解 Python 中的异常处理，如何使用调试工具，以及编写健壮代码的原则。通过学习这些内容，你将能够编写更稳健的程序，确保在面对各种异常情况时程序仍能正常运行。

异常概述

异常（Exception）是指在程序运行时发生的错误。例如，试图除以零或访问不存在的文件都会导致异常。Python 使用 try...except 语句来捕获和处理这些异常。

常见的异常类型

ZeroDivisionError：当除数为零时抛出。
FileNotFoundError：试图打开不存在的文件时抛出。
ValueError：传入的参数类型不正确时抛出。
KeyError：访问字典中不存在的键时抛出。

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"发生错误: {e}")

输出：

发生错误: division by zero

在上面的示例中，ZeroDivisionError 异常被捕获，程序不会因此崩溃，而是输出一条错误信息。

使用 `try...except` 处理异常

在 Python 中，try...except 语句用于捕获和处理异常。

基本结构

try:
    # 可能发生异常的代码
except ExceptionType as e:
    # 处理异常的代码
finally:
    # 无论是否发生异常，都会执行的代码

try 块中编写可能发生异常的代码。
except 块用于捕获异常，可以指定异常类型。
finally 块无论是否发生异常，都会执行，通常用于资源清理。

示例：读取文件内容

try:
    with open("data.txt", "r") as file:
        content = file.read()
        print(content)
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到，请检查文件名。")
finally:
    print("操作结束。")

输出（假设文件不存在）：

文件未找到，请检查文件名。
操作结束。

在上面的代码中，try 块用于尝试打开文件并读取内容。如果文件不存在，则会触发 FileNotFoundError，并由 except 块处理，最后无论是否发生异常，finally 块都会执行。

捕获多个异常

我们可以在 except 语句中捕获多个异常，并对每个异常分别处理。

def divide(a, b):
    try:
        result = a / b
        print(f"结果是: {result}")
    except ZeroDivisionError:
        print("错误: 除数不能为零。")
    except TypeError:
        print("错误: 参数类型不正确，请输入数字。")

divide(10, 0)   # 捕获 ZeroDivisionError
divide(10, "a") # 捕获 TypeError

输出：

错误: 除数不能为零。
错误: 参数类型不正确，请输入数字。

异常类型	描述	示例
`ZeroDivisionError`	除数为零时抛出	`10 / 0`
`FileNotFoundError`	文件不存在时抛出	`open("nofile.txt", "r")`
`ValueError`	传入参数类型不正确时抛出	`int("abc")`
`KeyError`	字典中不存在的键时抛出	`my_dict["nonexistent_key"]`

自定义异常

在某些情况下，我们可能希望自定义异常，以便对特定的业务逻辑进行更精细的控制。可以通过继承 Exception 类来创建自定义异常。

示例：自定义异常类

class NegativeNumberError(Exception):
    """自定义异常类，用于处理负数输入"""
    def __init__(self, value):
        super().__init__(f"错误: 不允许的负数输入: {value}")

# 使用自定义异常
try:
    number = -5
    if number < 0:
        raise NegativeNumberError(number)
except NegativeNumberError as e:
    print(e)

输出：

错误: 不允许的负数输入: -5

调试代码

调试代码是找出和修复错误的重要步骤。Python 提供了多种调试工具，包括 print() 调试、assert 语句和 pdb 调试器。

使用 `print()` 调试

print() 是最简单的调试方法，通过在代码的不同位置打印变量的值，帮助我们找到错误发生的位置。

def add_numbers(a, b):
    print(f"a = {a}, b = {b}")  # 打印变量的值
    return a + b

result = add_numbers(5, 3)
print(f"结果: {result}")

输出：

a = 5, b = 3
结果: 8

使用 `assert` 进行断言调试

assert 语句用于检查条件是否为真，如果为假则抛出 AssertionError 异常，通常用于测试代码中的假设是否正确。

def square_root(x):
    assert x >= 0, "输入必须为非负数"
    return x ** 0.5

print(square_root(9))   # 输出 3.0
print(square_root(-1))  # 抛出 AssertionError: 输入必须为非负数

使用 `pdb` 进行交互式调试

pdb 是 Python 的内置调试器，可以逐行执行代码，检查变量的值，帮助找出错误的根源。

示例：使用 `pdb` 调试

import pdb

def divide(a, b):
    pdb.set_trace()  # 设置断点
    return a / b

result = divide(10, 2)
print(f"结果: {result}")

当执行到 pdb.set_trace() 时，程序会暂停，进入调试模式。可以使用 n 命令执行下一行代码，p 命令查看变量值。

调试工具	描述	示例
`print()`	打印变量值，简单易用	`print(f"变量值: {var}")`
`assert`	检查条件是否为真，调试假设	`assert x > 0, "x 必须为正数"`
`pdb`	交互式调试器，逐行执行代码	`pdb.set_trace()`

编写健壮代码的原则

编写健壮代码可以让程序在面对各种异常情况时仍然保持稳定。以下是一些编写健壮代码的原则：

1. 使用异常处理

确保程序中的关键操作都包含异常处理，例如文件操作、网络请求等。

try:
    with open("data.txt", "r") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到，请检查文件名。")

2. 输入验证

在处理用户输入时，必须验证输入的有效性，防止意外错误。

def get_positive_number():
    while True:
        try:
            num = int(input("请输入一个正整数: "))
            if num <= 0:
                raise ValueError("输入必须为正整数。")
            return num
        except ValueError as e:
            print(e)

3. 使用 `finally` 进行资源清理

在操作文件或网络连接等资源时，使用 finally 确保资源被正确关闭。

try:
    file = open("data.txt", "r")
    # 执行文件操作
finally:
    file.close()  # 确保文件被正确关闭

4. 避免捕获所有异常

捕获所有异常（如 except Exception:）可能会隐藏真正的问题。应尽量捕获特定的异常类型，以便更好地调试。

try:
    # 可能发生异常的代码
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零。")
except ValueError:
    print("输入值错误。")

综合示例：网络请求中的异常处理

在本示例中，我们将演示如何处理网络请求中的各种异常情况，以确保程序的健壮性。

import requests

def fetch_data(url):
    try:
        response = requests.get(url)
        response.raise_for_status()  # 检查请求是否成功
        data = response.json()
        return data
    except requests.exceptions.HTTPError as http_err:
        print(f"HTTP 错误: {http_err}")
    except requests.exceptions.ConnectionError:
        print("连接错误，请检查网络。")
    except requests.exceptions.Timeout:
        print("请求超时，请重试。")
    except requests.exceptions.RequestException as err:
        print(f"请求错误: {err}")

# 测试网络请求
data = fetch_data("https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1")
if data:
    print("数据:", data)

在这个示例中，我们对网络请求的各种可能异常进行了处理，包括 HTTP 错误、连接错误、超时等，确保程序不会因为请求失败而崩溃。