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 一、异常处理机制

       Python的异常处理机制是用来捕捉和处理程序中的错误或异常情况，以确保程序在出现问题时能够优雅地退出或做出相应的处理，而不是直接崩溃。Python的异常处理是通过 try、except、else 和 finally 语句来实现的。

1.1 异常（Exception）

        在Python中，异常是指在程序执行过程中发生的错误或意外情况。这些错误通常会导致程序中断或不正常终止，除非我们用适当的机制进行处理。

1.2 基本的异常处理结构

try 和 except

        最基本的异常处理结构包含 try 和 except 块。当Python代码运行时，如果在 try 块中出现了异常，程序会跳到与之匹配的 except 块来处理这个异常，而不会直接崩溃。

try:# 可能发生异常的代码result = 10 / 0  # 除以0会抛出ZeroDivisionError
except ZeroDivisionError:# 捕捉到ZeroDivisionError时执行的代码print("不能除以零！")

解释：

• try 块：放置可能会抛出异常的代码。
• except 块：当 try 块中的代码抛出异常时，会跳到对应的 except 块来处理异常。
• 在这个例子中，10 / 0 会抛出 ZeroDivisionError，因此程序会执行 except 块中的 print("不能除以零！")。

1.3 处理多个异常

        一个 try 块可以有多个 except 块，用来捕获不同类型的异常。如果捕获的异常类型与发生的异常匹配，则会执行相应的 except 块。

try:# 可能发生不同异常的代码result = int("abc")  # 会抛出ValueError
except ZeroDivisionError:print("不能除以零！")
except ValueError:print("无效的数字！")
except Exception as e:print(f"发生了未知的异常：{e}")

解释：

• 在这个例子中，int("abc") 会抛出 ValueError 异常，所以程序会进入 except ValueError 块并打印 "无效的数字！"。
• except Exception as e 是一个通用的异常捕获块，可以捕捉所有类型的异常，并通过 e 访问异常的详细信息。

1.4 else 块

  else 块用于在没有发生异常时执行的代码。如果 try 块中的代码没有抛出任何异常，则会执行 else 块中的内容。

try:result = 10 / 2  # 正常情况，不会抛出异常
except ZeroDivisionError:print("不能除以零！")
else:print("计算成功，结果是：", result)

解释：

• 由于 10 / 2 不会抛出异常，程序会跳到 else 块并打印 "计算成功，结果是： 5.0"。

1.5 finally 块

  finally 块中的代码无论是否发生异常都会被执行。它通常用于清理操作，比如关闭文件、释放资源等。

try:file = open("file.txt", "r")content = file.read()
except FileNotFoundError:print("文件未找到！")
finally:print("文件处理完成！")file.close()  # 确保文件被关闭

解释：

• 即使 open("file.txt", "r") 抛出 FileNotFoundError 异常，finally 块中的 file.close() 也会被执行，确保资源得到清理。

1.6 捕获所有异常

        如果你不确定会抛出什么类型的异常，可以使用 except 后不指定异常类型来捕获所有异常。

try:result = 10 / 0  # 除以0会抛出异常
except Exception as e:print(f"发生了一个异常：{e}")

解释：

• Exception 是所有异常的基类，它会捕获所有的异常类型。

1.7 抛出异常（raise）

        你可以在程序中手动抛出异常，通常用于在某些条件下主动通知程序错误的发生。

def divide(a, b):if b == 0:raise ValueError("除数不能为零！")return a / btry:result = divide(10, 0)
except ValueError as e:print(f"错误：{e}")

解释：

• raise ValueError("除数不能为零！") 用来手动抛出 ValueError 异常。

1.8 自定义异常

        你还可以定义自己的异常类，这样可以在遇到特定的业务逻辑错误时进行更精确的捕获。

class MyError(Exception):def __init__(self, message):self.message = messagesuper().__init__(self.message)try:raise MyError("这是一个自定义的错误！")
except MyError as e:print(f"捕获到自定义错误：{e}")

解释：

• 通过继承 Exception 类，你可以创建一个自定义的异常类型，在捕获异常时可以用来表示特定的错误。

1.9 python日志

        日志是用来记录程序运行状态、调试信息、错误信息等的工具。日志能够帮助开发者在程序运行时实时追踪和记录信息，便于后期问题的定位与分析。Python 提供了 logging 模块来进行日志的记录。

1.9.1 使用 logging 模块

  logging 模块是 Python 标准库中用于日志记录的工具，具有非常强大的功能。它可以将日志信息输出到控制台、文件或其他外部系统。       

1.9.2 日志基本配置 

import logging# 设置日志级别和日志输出格式
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG,  # 设置最低日志级别为 DEBUGformat='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s',  # 日志格式filename='app.log',  # 设置日志文件名filemode='w'  # 设置文件打开模式（'w' 会覆盖原文件，'a' 会追加）
)# 输出不同级别的日志信息
logging.debug("这是 debug 信息")
logging.info("这是 info 信息")
logging.warning("这是 warning 信息")
logging.error("这是 error 信息")
logging.critical("这是 critical 信息")

日志级别（level）： logging 模块提供了五种日志级别，用于设置日志的严重程度，按照严重程度从低到高依次为：

• DEBUG：最详细的信息，用于调试。
• INFO：一般的信息，表示程序的正常运行状态。
• WARNING：警告信息，表示程序的潜在问题。
• ERROR：错误信息，表示程序出现了某些问题，但程序依然能够继续运行。
• CRITICAL：严重错误，表示程序遇到了严重问题，可能会导致程序崩溃。

在使用 logging.basicConfig() 时，可以通过 level 参数来设置最低的日志级别。日志级别为 DEBUG 时，会记录所有级别的信息；如果设置为 WARNING，则只记录 WARNING 及以上级别的日志。

1.9.3 日志输出到不同位置

        日志不仅可以输出到控制台，还可以输出到文件、外部系统等。可以通过 handlers 配置不同的输出位置。

import logging# 设置日志记录器
logger = logging.getLogger('my_logger')
logger.setLevel(logging.DEBUG)# 创建控制台输出 handler
console_handler = logging.StreamHandler()
console_handler.setLevel(logging.INFO)# 创建文件输出 handler
file_handler = logging.FileHandler('app.log')
file_handler.setLevel(logging.DEBUG)# 设置日志格式
formatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s')
console_handler.setFormatter(formatter)
file_handler.setFormatter(formatter)# 添加 handler 到 logger
logger.addHandler(console_handler)
logger.addHandler(file_handler)# 输出日志
logger.debug("Debug 信息")
logger.info("Info 信息")
logger.warning("Warning 信息")
logger.error("Error 信息")
logger.critical("Critical 信息")

在这个示例中，我们创建了两个 Handler，分别将日志输出到控制台和文件。 

总结

Python的异常处理机制非常强大，可以帮助你更好地控制程序的错误处理，避免程序崩溃。它包括：

• try / except 用于捕获异常并处理错误。
• else 用于在没有异常时执行代码。
• finally 用于清理操作。
• raise 用于手动抛出异常。
• 自定义异常类可以帮助处理特定类型的错误。

练习题 

1. 编写一个函数，接受一个字符串 s 作为参数，如果 s 中包含非数字字符， 则抛出一个自定义的异常“NonNumericError”

class MyException(Exception):def __init__(self, msg):self.msg = msgdef __str__(self):return self.msg
def check(s):for i in s:if not i.isdigit():raise MyException("NonNumericError")return Trues1="123abc"
s2="123"try:check(s1)
except MyException as e:print(e)
else:print("No error")
try:check(s2)
except MyException as e:print(e)
else:print("No error")

 2. 编写一个函数，接受两个参数 a 和 b，其中 a 和 b 都是数字 要求： 返回 a/b 的结果。如果 b 为 0 , 则抛出一个自定义的异常“ZeroDivisionError”。

class MyException(Exception):def __init__(self, msg):self.msg = msgdef __str__(self):return self.msg
def div(a, b):if b == 0:raise MyException("ZeroDivisionError")return a/b
try:print(div(1, 0))
except MyException as e:print(e)

 

3. 编写一个函数，接受一个数字 n 作为参数 要求： 如果 n 小于 0， 则抛出一个自定义的异常“NegativeNumberError”。 

class MyException(Exception):def __init__(self, msg):self.msg = msgdef __str__(self):return self.msg
def neg(n):if n < 0:raise MyException("NegativeNumberError")return n
try:print(neg(-1))
except MyException as e:print(e)

 

4. 编写一个函数，接受一个字符串 s 作为参数 要求： 如果 s 的长度小于 10， 则抛出一个自定义的异常“StringLengthError”。 

class MyException(Exception):def __init__(self, msg):self.msg = msgdef __str__(self):return self.msg
def strl(s):if len(s) < 10:raise MyException("StringLengthError")return s
try:print(strl("1234567890"))
except MyException as e:print(e)

 

5. 编写一个函数，接受一个数字 n 作为参数 要求：如果 n 不是偶数，则抛出一个自定义的异常“EvenNumberError”。 

class MyException(Exception):def __init__(self, msg):self.msg = msgdef __str__(self):return self.msg
def even(n):if n % 2 != 0:raise MyException("EvenNumberError")return n
try:print(even(1))
except MyException as e:print(e)

 

二、文件操作 

2.1 文件操作的重要性和应用场景

重要性

• 1. 数据持久化
  2. 跨平台兼容性
  3. 数据备份与恢复
  4. 数据共享
  5. 配置管理
  6. 日志记录

应用场景

• 1. 数据分析
  2. web开发
  3. 文本处理

2.2 文件的基本概念

2.2.1 文件的概念

文件是一个存储在某种持久性存储介质【硬盘、光盘、磁盘等】上的数据的结合。

文件可以包含各种类型的信息：文本、图像、音频、视频、应用程序代码以及其他类型的二进制数据。

文件通常由数据、元数据、文件系统等几部分组成。

文件的属性有：文件名、位置、文件类型、文件大小、创建日期、修改日期、访问权限。

2.2.2 文件的分类

windows系统下大致分为以下几种：

1. 文本文件：包含可读字符的文件，如.txt .csv .py .html等
2. 二进制文件：包含不可直接读的原始二进制数据的文件，如.exe .jpg .mp3等
3. 可执行文件：可以被操作系统执行的文件，如.exe
4. 数据文件：用于存储应用程序数据的文件，如数据库文件、配置文件等
5. 目录/文件夹：用于组织和管理其他文件的特殊文件

在Linux系统下，有以下几种：

1. - 普通文件
2. d 目录文件
3. b 块设备文件【底层驱动文件】
4. c 字符设备文件【底层驱动文件】
5. l 链接文件【类似于快捷方式】
6. p 管道文件，用于进程间的通信
7. s 套接字文件，用于网络通信的端点

文本文件：

• 文本文件是由单一特定编码组成的文件，如UTF-8编码。
• 由于存在编码，文本文件也被看成是存储着数据的长字符串。

二进制文件：

• 直接由比特0和1组成，没有统一字符编码
• 一般都存在二进制0和1的组织结构，即文件格式

2.2.3 文件位置【路径】

在计算机系统中，路径是用来表示文件位置的一种方式。

路径又分绝对路径和相对路径。

windows系统下：

绝对路径：带有盘符的或者带有网址的

C:\Users\admin\Desktop\py_gj\py_day3

相对路径：

./py_gj/py_day3

../py_gj/py_day3

这里的点有特殊含义，一个点表示当前路径下，两个点表示上一级路径下。

 2.3 文件的操作

        Python 提供了非常方便的工具来进行文件操作，包括打开、读取、写入、修改和关闭文件等操作。Python 中的文件操作主要是通过内置的 open() 函数来完成的。

2.3.1 打开文件 (open())        

        在 Python 中，文件的操作是通过 open() 函数来完成的，open() 用来打开一个文件，并返回一个文件对象。你可以对文件进行读写操作。常见的语法是：

file_object = open('文件路径', '模式')

文件打开模式：

open() 函数的第二个参数是文件的打开模式，它告诉 Python 你对文件进行何种操作。常见的文件打开模式有：

• 'r'：只读模式（默认模式）。如果文件不存在，会抛出 FileNotFoundError。
• 'w'：写入模式。如果文件已存在，它会覆盖原有内容。如果文件不存在，会新建一个空文件。
• 'a'：追加模式。向文件末尾添加内容，如果文件不存在，则会创建文件。
• 'b'：二进制模式。通常与其他模式结合使用，表示文件以二进制格式打开（例如 'rb'、'wb' 等）。

2.3.2. 读取文件内容 (read(), readline(), readlines())

read()

read() 方法会读取整个文件的内容并将其作为一个字符串返回。

with open('example.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)

• read() 会读取文件中的所有内容。如果文件较大，可能会占用较多内存。
• 你也可以传入一个数字参数，表示读取指定字节数的内容。例如，file.read(100) 读取文件的前 100 个字节。

readline()

readline() 方法一次读取文件中的一行。

with open('example.txt', 'r') as file:line1 = file.readline()print(line1)

• readline() 返回文件中的一行（包括换行符），如果没有更多行了，返回空字符串。 

readlines()

readlines() 方法会将文件的所有行读取并返回一个列表，每一行作为列表的一个元素。

with open('example.txt', 'r') as file:lines = file.readlines()print(lines)

• readlines() 读取所有行，并将每行作为列表中的一个元素（包含换行符）。 

2.3.3 写入文件内容 (write(), writelines())

write()

  write() 方法将字符串写入文件。如果文件不存在，它会创建一个新的文件。如果文件存在，它会覆盖文件的内容。

with open('example.txt', 'w') as file:file.write("Hello, Python!\n")file.write("This is a test.")

• 如果你希望写入多行内容，可以通过 write() 多次调用来写入每一行。 

writelines()

  writelines() 方法接受一个可迭代对象（如列表），将其每个元素写入文件中。注意，它不会自动加上换行符，除非你显式地在每行末尾加上换行符。

lines = ["Line 1\n", "Line 2\n", "Line 3\n"]
with open('example.txt', 'w') as file:file.writelines(lines)

2.3.4 文件指针的移动

Python 中的文件对象是基于流的，文件读

file = open('example.txt', 'r')
# 文件操作
file.close()

取是从文件指针当前位置开始的。你可以使用以下方法移动文件指针：

seek()

seek(offset, whence) 用来设置文件指针的位置。

• offset：文件指针的偏移量。
• whence：偏移的起始位置，默认是 os.SEEK_SET，即从文件的开始位置起偏移。

with open('example.txt', 'r') as file:file.seek(5)  # 将文件指针移到第5个字节print(file.read())  # 从第5个字节开始读取

 2.3.5  关闭文件 (close())

在文件操作完成后，应该使用 close() 方法来关闭文件，释放系统资源。

file = open('example.txt', 'r')
# 文件操作
file.close()

建议： 在 Python 中，最好使用 with 语句来自动管理文件的打开和关闭。with 语句会在代码块执行完毕后自动关闭文件，确保文件不会长时间占用资源。

with open('example.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)
# 文件会自动关闭

2.3.6 上下文管理器 with

   with 语句是 Python 提供的一种文件处理方式，可以自动管理文件的打开和关闭，避免忘记关闭文件或在异常发生时未能关闭文件。

with open('example.txt', 'w') as file:file.write("Hello, World!")
# 这里文件已经自动关闭，不需要手动调用 file.close()

2.3.7  文件读取/写入的异常处理

        在进行文件操作时，我们可能会遇到一些常见的异常，例如文件不存在、权限问题等。你可以通过异常处理机制来捕获这些错误。

try:with open('non_existent_file.txt', 'r') as file:content = file.read()
except FileNotFoundError:print("文件未找到！")
except IOError as e:print(f"发生了IO错误: {e}")

2.3.8 文件的其他操作 

除了基本的读取、写入和关闭操作，Python 还提供了许多关于文件操作的其他功能，常见的有：

• os.path.exists()：检查文件或目录是否存在。
• os.remove()：删除文件。
• os.rename()：重命名文件。
• os.makedirs()：创建多层目录。

import os# 检查文件是否存在
if os.path.exists('example.txt'):print("文件存在")
else:print("文件不存在")# 删除文件
os.remove('example.txt')# 创建目录
os.makedirs('new_folder', exist_ok=True)

总结

Python 文件操作非常灵活和强大，常用的文件操作包括：

1. 使用 open() 打开文件并指定操作模式。
2. 通过 read()、readline() 或 readlines() 读取文件内容。
3. 使用 write() 和 writelines() 写入文件。
4. seek() 和 tell() 控制文件指针位置。
5. 使用 close() 关闭文件，或者使用 with 语句自动管理文件打开和关闭。
6. 捕获文件操作中的异常以避免程序崩溃。

 练习题

（一）将一个字符串写入二进制文件中 binary.txt。

要求：

1、这将创建一个名为 binary.txt 的二进制文件

2、并将字符串 Hello, world! 写入其中。

a="Hello, world!"
with open("./binary.txt",mode='wb') as f:f.write(a.encode())

（二）从上面的二进制文件中读取一个字节并将其打印出来。 要求： 1、这将打印出二进制文件的第一个字节。 

try:with open("./binary.txt",mode='rb') as f:print(f.read(1))
except Exception as e:print(e)

（三）将 1-100 之间能被 5 整除的数保存在列表 numbers 中

 1. 将 numbers 中的元素写入到文件 num.txt 中

2. 使用文件操作方式打开 num.txt 文件读取内容，并计算它们的平均数 

numbers = [i for i in range(1,101) if i%5==0]
with open("./num.txt",mode='w') as f:for i in numbers:f.write(str(i)+'\n')with open("./num.txt",mode='r') as f:sum=0for i in f.readlines():sum+=int(i)print(sum/len(numbers))