Python之錯誤異常和檔案處理

• 之前的文章介紹的都是Python的一些語法和使用方法, 詳情可參考Python基礎知識
• 然而這裡我們要說的是程式設計中我們最不想見到的, 但是卻也是不得不面對的Bug
• 除此之外, 這裡還會介紹一下Python中的檔案讀取

錯誤和異常

Python 中（至少）有兩種錯誤：語法錯誤和異常（syntax errors 和 exceptions ）

語法錯誤

語法錯誤，也被稱作解析錯誤, 使我們在學習Python過程中最常遇到的錯誤, 來看看下面兩個錯誤示例:

if True
    print(`titan`)

# 錯誤資訊:
File "../5-讀檔案.py", line 19
    if True
          ^
SyntaxError: invalid syntax
複製程式碼

• 語法分析器指出錯誤出現的檔案(File)和錯誤行(line 19)
• 在檢測到錯誤的位置前面顯示一個小“箭頭”
• 錯誤是由箭頭前面的標記引起的（或者至少是這麼檢測的）
• 此處錯誤是因為Print函式的前面, if語句後面少了一個冒號(:)

異常

• 在沒有語法錯誤的情況下, 當我們執行當前程式的時候也可能會引發錯誤
• 執行期檢測到的錯誤稱為 異常，並且程式不會無條件的崩潰
• 異常能夠編譯通過, 但是不能執行成功; 而語法錯誤不能編譯成功

print(1 / 0)
# 錯誤資訊:
File "../5-讀檔案.py", line 22, in <module>
    print(1 / 0)
ZeroDivisionError: division by zero


print(1 + "12")
# 錯誤資訊:
File "../5-讀檔案.py", line 22, in <module>
    print(1 + "12")
TypeError: unsupported operand type(s) for +: `int` and `str`


print(1 + ad * 2)
# 錯誤資訊:
File "../5-讀檔案.py", line 22, in <module>
    print(1 + ad * 2)
NameError: name `ad` is not defined
複製程式碼

• 錯誤資訊的第一行, 指出了異常出現的檔案和錯誤行
• 第二行, 提示了是哪一條語句出現了錯誤
• 第三行, 指出了是哪一種異常資訊;異常也有不同的型別，異常型別做為錯誤資訊的一部分顯示出來
• 以上三種異常分別為: 零除錯誤(ZeroDivisionError), 型別錯誤(TypeError) 和 命名錯誤(NameError)
• 相關異常資訊官方文件

異常處理

• 我們都知道, 正常情況下, 程式執行過程中遇到錯誤或者異常, 程式便會中斷執行, 這也就以為著後面的程式將無法執行
• 但是在Python中, 我們可以針對異常做出一些處理, 使之在遇到異常錯誤時, 繼續執行後面的程式碼
• 異常類其實是class類, 所有的錯誤都是繼承自BaseException

注意: 還有一些錯誤是無法跳過的, 比如記憶體錯誤

第一種格式

# 格式:

try:
    語句t
except 錯誤碼 as e:
    語句1
except 錯誤碼 as e:
    語句2
except 錯誤碼 as e:
    語句3
    ...
except 錯誤碼 as e:
    語句n
else:
    語句e
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• 語句中的else是可有可無的
• except語句中的as e也可以不加

# 錯誤處理的語句(else可有可無)
try.......except....else

# 格式:
try:
    語句t
except 錯誤碼1:
    語句1
except 錯誤碼2:
    語句2
else:
    語句3
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第二種格式

一個 except 子句可以在括號中列出多個異常的名字, 對於指定的一些異常做統一處理

try:
    print(7 / 0)
except (ZeroDivisionError, NameError):
    print(`程式異常`)
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第三種格式

無論遇到的是哪一種異常, 均做統一處理

try:
    print(7 / 0)
except :
    print(`程式異常`)
複製程式碼

try 語句工作方式

• 首先，執行 try 子句 （在 try 和 except 關鍵字之間的部分）
• 如果沒有異常發生， except 子句 在 try 語句執行完畢後就被忽略了
• 如果在 try 子句執行過程中發生了異常，那麼該子句其餘的部分就會被忽略
• 如果異常匹配於 except 關鍵字後面指定的異常型別，就執行對應的except子句。然後繼續執行 try 語句之後的程式碼
• 如果發生了一個異常，在 except 子句中沒有與之匹配的分支，它就會傳遞到上一級 try 語句中
• 如果最終仍找不到對應的處理語句，它就成為一個 未處理異常，終止程式執行，顯示提示資訊

使用示例:

一個 try 語句可能包含多個 except 子句，分別指定處理不同的異常。至多隻會有一個分支被執行。異常處理程式只會處理對應的 try 子句中發生的異常，在同一個 try 語句中，其他子句中發生的異常則不作處理

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print(`除數為0`)
except NameError:
    print(`沒有改變數`)
except SyntaxError:
    print(`不知道`)
複製程式碼

一個 except 子句可以在括號中列出多個異常的名字

try:
    print(7 / 0)
except (ZeroDivisionError, NameError):
    print(`程式異常`)
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最後一個 except 子句可以省略異常名稱，以作為萬用字元使用。你需要慎用此法，因為它會輕易隱藏一個實際的程式錯誤！可以使用這種方法列印一條錯誤資訊，然後重新丟擲異常（允許呼叫者處理這個異常):

try:
    f = open(`myfile.txt`)
    s = f.readline()
    i = int(s.strip())
except OSError as err:
    print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
    print("Could not convert data to an integer.")
except:
    print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
    raise
複製程式碼

try … except 語句可以帶有一個 else子句，該子句只能出現在所有 except 子句之後。當 try 語句沒有丟擲異常時，需要執行一些程式碼，可以使用這個子句。例如:

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print(`除數為0`)
except NameError:
    print(`沒有改變數`)
else:
    print(`程式碼OK`)
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丟擲異常

raise語句允許程式設計師強制丟擲一個指定的異常

raise NameError(`TitanJun`)

# 異常資訊:
Traceback (most recent call last):
  File "../1-異常處理.py", line 95, in <module>
    raise NameError(`TitanJun`)
NameError: TitanJun
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如果你需要明確一個異常是否丟擲，但不想處理它，raise 語句可以讓你很簡單的重新丟擲該異常:

try:
    raise NameError(`TitanJun`)
except NameError:
    print(`NameError錯誤`)
    raise

# 錯誤資訊:
NameError錯誤
Traceback (most recent call last):
  File "../1-異常處理.py", line 97, in <module>
    raise NameError(`TitanJun`)
NameError: TitanJun
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定義清理行為

• try 語句還有另一個可選的子句: try--except--finally，目的在於定義在任何情況下都一定要執行的功能
• 不管有沒有發生異常，finally子句 在程式離開 try 後都一定會被執行
• 當 try 語句中發生了未被 except 捕獲的異常（或者它發生在 except 或 else 子句中），在 finally 子句執行完後它會被重新丟擲。 – try語句經由 break，continue 或 return 語句退 出也一樣會執行 finally 子句

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print(`除數為0`)
except NameError:
    print(`沒有改變數`)
finally:
    print(`我一定要執行`)
    
# 輸出:
除數為0
我一定要執行
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預定義清理行為

有些物件定義了標準的清理行為，無論物件操作是否成功，不再需要該物件的時候就會起作用。以下示例嘗試開啟檔案並把內容列印到螢幕上

for line in open("myfile.txt"):
    print(line)
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這段程式碼的問題在於在程式碼執行完後沒有立即關閉開啟的檔案。這在簡單的指令碼里沒什麼，但是大型應用程式就會出問題。with 語句使得檔案之類的物件可以 確保總能及時準確地進行清理

with open("myfile.txt") as f:
    for line in f:
        print(line)
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語句執行後，檔案 f 總會被關閉，即使是在處理檔案中的資料時出錯也一樣。其它物件是否提供了預定義的清理行為要檢視它們的文件

檔案讀寫

• 在Python中檔案的讀寫, 通常以文字開啟，這意味著，你從檔案讀出和向檔案寫入的字串會被特定的編碼方式（預設是UTF-8）編碼。
• 模式後面的 `b` 以 二進位制模式 開啟檔案：資料會以位元組物件的形式讀出和寫入。
• 這種模式應該用於所有不包含文字的檔案

讀取檔案

函式 open() 返回檔案物件，通常的用法需要兩個引數

def open(file, mode=`r`, buffering=None, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True)

# 使用
path = r`/Users/xxx/text.txt`
file = open(path, `r`)
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• 引數一: 一個含有檔名的字串
• 引數二: 描述如何使用該檔案的字串, 預設為 `r`
  • `r`: 時表示只是讀取檔案
  • `rb`: 以二進位制形式開啟一個檔案用於只讀, 檔案描述放在檔案的開頭
  • `w`: 表示只是寫入檔案（已經存在的同名檔案將被刪掉)
  • `wb`: 開啟一個檔案用於寫入二進位制, 如果該檔案已經存在會覆蓋, 如果不存在則建立新檔案
  • `w+`: 開啟一個檔案用於讀寫
  • `a`: 表示開啟檔案進行追加，寫入到檔案中的任何資料將自動新增到末尾
  • `r+`: 表示開啟檔案進行讀取和寫入
  • `b`: 以 二進位制模式 開啟檔案

檔案物件方法

read()

• 要讀取檔案內容，需要呼叫 file.read(size)，該方法讀取若干數量的資料並以字串形式返回其內容
• size 是可選的數值，指定字串長度, 如果沒有指定 size 或者指定為負數，就會讀取並返回整個檔案。
• 當檔案大小為當前機器記憶體兩倍時，就會產生問題。反之，會盡可能按比較大的 size 讀取和返回資料。
• 如果到了檔案末尾，file.read()會返回一個空字串

# 讀取檔案
str = file.read()
print(str)
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readline()

• file.readline() 從檔案中讀取單獨一行，字串結尾會自動加上一個換行符（
），只有當檔案最後一行沒有以換行符結尾時，這一操作才會被忽略。
• 這樣返回值就不會有混淆，如果 file.readline() 返回一個空字串，那就表示到達了檔案末尾，如果是一個空行，就會描述為 `
`，一個只包含換行符的字串

file.readline()
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遍歷檔案物件

可以迴圈遍歷檔案物件來讀取檔案中的每一行。這是一種記憶體高效、快速，並且程式碼簡介的方式

for line in file:
    print(line)
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# 把檔案讀到列表中
print(list(file))
print(file.readlines())
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寫入檔案

• write: 將 string 的內容寫入檔案，並返回寫入字元的長度
• writelines: 用於向檔案中寫入一序列的字串, 沒有返回值

# 寫入檔案
leng = file.write(`我是一隻小鴨子`)
print(leng)
# 輸出: 7


# 寫入一個序列
file.writelines([`hello`, `Python`])
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tell/seek

• tell: 返回一個整數，代表檔案物件在檔案中的指標位置，該數值計量了自檔案開頭到指標處的位元數。
• 需要改變檔案物件指標話話，使用 file.seek(offset,from_what)。
• 指標在該操作中從指定的引用位置移動 offset 位元，引用位置由 from_what 引數指定。
• from_what 值為 0 表示自檔案起始處開始，1 表示自當前檔案指標位置開始，2 表示自檔案末尾開始。
• from_what 可以忽略，其預設值為零，此時從檔案頭開始

l = file.readline()
print(l)

pos = file.tell()
print(pos)

# 輸出:
b`https://www.titanjun.top/
`
26
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重新設定檔案讀取指標到開頭

file.seek(5, 0)
print(file.readline())

# 輸出:
b`https://www.titanjun.top/
`
b`://www.titanjun.top/
`
複製程式碼

close

• 當你使用完一個檔案時，呼叫 file.close() 方法就可以關閉它並釋放其佔用的所有系統資源。
• 在呼叫 file.close() 方法後，試圖再次使用檔案物件將會自動失敗

file.close()

file.read()

File "../5-讀檔案.py", line 64, in <module>
    file.read()
ValueError: read of closed file
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關鍵字with

• 用關鍵字 with 處理檔案物件是個好習慣。
• 它的先進之處在於檔案用完後會自動關閉，就算髮生異常也沒關係。
• 它是 try-finally 塊的簡寫

with open(path, `rb+`) as file:
    str = file.read()
    print(str)
file.close()
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