Python之错误异常和文件处理

• 之前的文章介绍的都是Python的一些语法和使用方法, 详情可参考Python基础知识
• 然而这里我们要说的是编程中我们最不想见到的, 但是却也是不得不面对的Bug
• 除此之外, 这里还会介绍一下Python中的文件读取

错误和异常

Python 中（至少）有两种错误：语法错误和异常（syntax errors 和 exceptions ）

语法错误

语法错误，也被称作解析错误, 使我们在学习Python过程中最常遇到的错误, 来看看下面两个错误示例:

if True
    print('titan')

# 错误信息:
File "../5-读文件.py", line 19
    if True
          ^
SyntaxError: invalid syntax

• 语法分析器指出错误出现的文件(File)和错误行(line 19)
• 在检测到错误的位置前面显示一个小“箭头”
• 错误是由箭头前面的标记引起的（或者至少是这么检测的）
• 此处错误是因为Print函数的前面, if语句后面少了一个冒号(:)

异常

• 在没有语法错误的情况下, 当我们执行当前程序的时候也可能会引发错误
• 运行期检测到的错误称为 异常，并且程序不会无条件的崩溃
• 异常能够编译通过, 但是不能运行成功; 而语法错误不能编译成功

print(1 / 0)
# 错误信息:
File "../5-读文件.py", line 22, in <module>
    print(1 / 0)
ZeroDivisionError: division by zero


print(1 + "12")
# 错误信息:
File "../5-读文件.py", line 22, in <module>
    print(1 + "12")
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'


print(1 + ad * 2)
# 错误信息:
File "../5-读文件.py", line 22, in <module>
    print(1 + ad * 2)
NameError: name 'ad' is not defined

• 错误信息的第一行, 指出了异常出现的文件和错误行
• 第二行, 提示了是哪一条语句出现了错误
• 第三行, 指出了是哪一种异常信息;异常也有不同的类型，异常类型做为错误信息的一部分显示出来
• 以上三种异常分别为: 零除错误(ZeroDivisionError), 类型错误(TypeError) 和 命名错误(NameError)
• 相关异常信息官方文档

异常处理

• 我们都知道, 正常情况下, 程序执行过程中遇到错误或者异常, 程序便会中断执行, 这也就以为着后面的程序将无法执行
• 但是在Python中, 我们可以针对异常做出一些处理, 使之在遇到异常错误时, 继续执行后面的代码
• 异常类其实是class类, 所有的错误都是继承自BaseException

注意: 还有一些错误是无法跳过的, 比如内存错误

错误处理的语句

第一种格式

# 格式:

try:
    语句t
except 错误码 as e:
    语句1
except 错误码 as e:
    语句2
except 错误码 as e:
    语句3
    ...
except 错误码 as e:
    语句n
else:
    语句e

需要注意的是:

• 语句中的else是可有可无的
• except语句中的as e也可以不加

# 错误处理的语句(else可有可无)
try.......except....else

# 格式:
try:
    语句t
except 错误码1:
    语句1
except 错误码2:
    语句2
else:
    语句3

第二种格式

一个 except 子句可以在括号中列出多个异常的名字, 对于指定的一些异常做统一处理

try:
    print(7 / 0)
except (ZeroDivisionError, NameError):
    print('程序异常')

第三种格式

无论遇到的是哪一种异常, 均做统一处理

try:
    print(7 / 0)
except :
    print('程序异常')

try 语句工作方式

• 首先，执行 try 子句 （在 try 和 except 关键字之间的部分）
• 如果没有异常发生， except 子句 在 try 语句执行完毕后就被忽略了
• 如果在 try 子句执行过程中发生了异常，那么该子句其余的部分就会被忽略
• 如果异常匹配于 except 关键字后面指定的异常类型，就执行对应的except子句。然后继续执行 try 语句之后的代码
• 如果发生了一个异常，在 except 子句中没有与之匹配的分支，它就会传递到上一级 try 语句中
• 如果最终仍找不到对应的处理语句，它就成为一个 未处理异常，终止程序运行，显示提示信息

使用示例:

一个 try 语句可能包含多个 except 子句，分别指定处理不同的异常。至多只会有一个分支被执行。异常处理程序只会处理对应的 try 子句中发生的异常，在同一个 try 语句中，其他子句中发生的异常则不作处理

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print('除数为0')
except NameError:
    print('没有改变量')
except SyntaxError:
    print('不知道')

一个 except 子句可以在括号中列出多个异常的名字

try:
    print(7 / 0)
except (ZeroDivisionError, NameError):
    print('程序异常')

最后一个 except 子句可以省略异常名称，以作为通配符使用。你需要慎用此法，因为它会轻易隐藏一个实际的程序错误！可以使用这种方法打印一条错误信息，然后重新抛出异常（允许调用者处理这个异常):

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

try … except 语句可以带有一个 else子句，该子句只能出现在所有 except 子句之后。当 try 语句没有抛出异常时，需要执行一些代码，可以使用这个子句。例如:

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print('除数为0')
except NameError:
    print('没有改变量')
else:
    print('代码OK')

抛出异常

raise语句允许程序员强制抛出一个指定的异常

raise NameError('TitanJun')

# 异常信息:
Traceback (most recent call last):
  File "../1-异常处理.py", line 95, in <module>
    raise NameError('TitanJun')
NameError: TitanJun

如果你需要明确一个异常是否抛出，但不想处理它，raise 语句可以让你很简单的重新抛出该异常:

try:
    raise NameError('TitanJun')
except NameError:
    print('NameError错误')
    raise

# 错误信息:
NameError错误
Traceback (most recent call last):
  File "../1-异常处理.py", line 97, in <module>
    raise NameError('TitanJun')
NameError: TitanJun

定义清理行为

• try 语句还有另一个可选的子句: try--except--finally，目的在于定义在任何情况下都一定要执行的功能
• 不管有没有发生异常，finally子句 在程序离开 try 后都一定会被执行
• 当 try 语句中发生了未被 except 捕获的异常（或者它发生在 except 或 else 子句中），在 finally 子句执行完后它会被重新抛出。 - try语句经由 break，continue 或 return 语句退 出也一样会执行 finally 子句

try:
    print(7 / 0)
except ZeroDivisionError:
    print('除数为0')
except NameError:
    print('没有改变量')
finally:
    print('我一定要执行')

# 输出:
除数为0
我一定要执行

预定义清理行为

有些对象定义了标准的清理行为，无论对象操作是否成功，不再需要该对象的时候就会起作用。以下示例尝试打开文件并把内容打印到屏幕上

for line in open("myfile.txt"):
    print(line)

这段代码的问题在于在代码执行完后没有立即关闭打开的文件。这在简单的脚本里没什么，但是大型应用程序就会出问题。with 语句使得文件之类的对象可以 确保总能及时准确地进行清理

with open("myfile.txt") as f:
    for line in f:
        print(line)

语句执行后，文件 f 总会被关闭，即使是在处理文件中的数据时出错也一样。其它对象是否提供了预定义的清理行为要查看它们的文档

文件读写

• 在Python中文件的读写, 通常以文本打开，这意味着，你从文件读出和向文件写入的字符串会被特定的编码方式（默认是UTF-8）编码。
• 模式后面的 'b' 以 二进制模式 打开文件：数据会以字节对象的形式读出和写入。
• 这种模式应该用于所有不包含文本的文件

读取文件

函数 open() 返回文件对象，通常的用法需要两个参数

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')

• 参数一: 一个含有文件名的字符串
• 参数二: 描述如何使用该文件的字符串, 默认为 'r'
  
  • 'r': 时表示只是读取文件
  • 'rb': 以二进制形式打开一个文件用于只读, 文件描述放在文件的开头
  • 'w': 表示只是写入文件（已经存在的同名文件将被删掉)
  • 'wb': 打开一个文件用于写入二进制, 如果该文件已经存在会覆盖, 如果不存在则创建新文件
  • 'w+': 打开一个文件用于读写
  • 'a': 表示打开文件进行追加，写入到文件中的任何数据将自动添加到末尾
  • 'r+': 表示打开文件进行读取和写入
  • 'b': 以 二进制模式 打开文件

文件对象方法

read()

• 要读取文件内容，需要调用 file.read(size)，该方法读取若干数量的数据并以字符串形式返回其内容
• size 是可选的数值，指定字符串长度, 如果没有指定 size 或者指定为负数，就会读取并返回整个文件。
• 当文件大小为当前机器内存两倍时，就会产生问题。反之，会尽可能按比较大的 size 读取和返回数据。
• 如果到了文件末尾，file.read()会返回一个空字符串

# 读取文件
str = file.read()
print(str)

readline()

• file.readline() 从文件中读取单独一行，字符串结尾会自动加上一个换行符（\n），只有当文件最后一行没有以换行符结尾时，这一操作才会被忽略。
• 这样返回值就不会有混淆，如果 file.readline() 返回一个空字符串，那就表示到达了文件末尾，如果是一个空行，就会描述为 '\n'，一个只包含换行符的字符串

file.readline()

遍历文件对象

可以循环遍历文件对象来读取文件中的每一行。这是一种内存高效、快速，并且代码简介的方式

for line in file:
    print(line)

如果你想把文件中的所有行读到一个列表中，你也可以使用 `list(file)` 或者 `file.readlines()`

# 把文件读到列表中
print(list(file))
print(file.readlines())

写入文件

• write: 将 string 的内容写入文件，并返回写入字符的长度
• writelines: 用于向文件中写入一序列的字符串, 没有返回值

# 写入文件
leng = file.write('我是一只小鸭子')
print(leng)
# 输出: 7


# 写入一个序列
file.writelines(['hello', 'Python'])

想要写入其他非字符串内容，首先要将它转换为字符串

tell/seek

• tell: 返回一个整数，代表文件对象在文件中的指针位置，该数值计量了自文件开头到指针处的比特数。
• 需要改变文件对象指针话话，使用 file.seek(offset,from_what)。
• 指针在该操作中从指定的引用位置移动 offset 比特，引用位置由 from_what 参数指定。
• from_what 值为 0 表示自文件起始处开始，1 表示自当前文件指针位置开始，2 表示自文件末尾开始。
• from_what 可以忽略，其默认值为零，此时从文件头开始

l = file.readline()
print(l)

pos = file.tell()
print(pos)

# 输出:
b'https://www.titanjun.top/\n'
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重新设置文件读取指针到开头

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

# 输出:
b'https://www.titanjun.top/\n'
b'://www.titanjun.top/\n'

close

• 当你使用完一个文件时，调用 file.close() 方法就可以关闭它并释放其占用的所有系统资源。
• 在调用 file.close() 方法后，试图再次使用文件对象将会自动失败

file.close()

file.read()

File "../5-读文件.py", line 64, in <module>
    file.read()
ValueError: read of closed file

关键字with

• 用关键字 with 处理文件对象是个好习惯。
• 它的先进之处在于文件用完后会自动关闭，就算发生异常也没关系。
• 它是 try-finally 块的简写

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