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Python少兒編程
第九章 一起捉bug
目錄
1.1
什么是bug
1.2
如何捉bug
1.3
主動拋出bug
1.4
自己也可以定義bug
PART 01
什么是bug
語法錯誤
1.1
語法錯誤也稱為解析錯誤，在使用PyCharm編寫代碼時，如果出現語法錯誤，會通過紅色波浪線提示。常見的語法錯誤包括拼寫錯誤、縮進錯誤等不符合Python語法規范的錯誤。例如，變量名使用數字開頭，if語句后沒有冒號，錯誤提示如圖9-1所示。
從圖9-1中可以看出，“1name = '小藍'”語句由于變量名使用數字開頭，所以出現錯誤提示。“if age < 18”語句由于最后缺少冒號，也出現錯誤提示，此時，將鼠標放到錯誤提示位置，會給出錯誤原因或解決方法。
異常
1.2
即使Python程序的語法是正確的，在運行時也有可能發生錯誤，這種在運行期間檢測到的錯誤稱為異常。Python的異常分為兩種：一種是內置異常，在某些錯誤出現時會自動觸發；另一種是用戶自定義異常（詳見9.4節），就是用戶根據自己的需求設置的異常。常見的內置異常如表9-1所示。
表9-1 Python中常見的內置異常
異常
1.2
表9-1 Python中常見的內置異常（續）
異常
1.2
大多數異常不會被程序自動處理，會以異常信息的形式進行顯示。例如，執行“a = '2' + 3”語句，出現的異常信息如圖9-2所示。
圖9-2 異常信息
從圖9-2可以看出，該語句拋出了TypeError異常，如果沒有對該異常進行處理，程序就會使用所謂的回溯（Traceback，一種異常信息）終止執行，這些信息包括異常發生的行號、異常的名稱（如TypeError）和原因等。
PART 02
如何捉bug
try-except語句
2.1
try-except語句用于捕獲和處理異常，其語法格式如下。
try:
#可能會引發異常的代碼塊
except exception [as e]:
#出現異常后執行的代碼塊
其中，exception為異常類名，[]為可選項，“as e”表示將異常類的實例對象命名為e。如果try子句中的代碼塊引發異常并被except子句捕獲，就執行except子句中的代碼塊；如果try子句中的代碼塊沒有引發異常，就繼續執行try-except語句后面的代碼；如果引發的異常沒有被except子句捕獲，程序將終止運行并輸出異常信息。
try-except語句
2.1
【例9-1】 捕獲除數為0的異常。
【問題分析】 在try子句中輸入被除數和除數，然后進行除法運算，并輸出商；except子句捕獲ZeroDivisionError異常，并輸出異常信息。
【參考代碼】
try:
a = float(input('請輸入被除數：'))
b = float(input('請輸入除數：'))
c = a / b
print('商為:', c)
except ZeroDivisionError:
print('除數不能為0！')
try-except語句
2.1
【運行結果】 運行程序，輸入被除數為2，除數為1，結果如圖9-3所示；再次運行程序，輸入被除數為2，除數為0，結果如圖9-4所示。
圖9-3 例9-1程序運行結果1 圖9-4 例9-1程序運行結果2
【程序說明】 從運行結果可以看出，當除數為0時，程序引發ZeroDivisionError異常，此時，except子句捕獲了這個異常并輸出“除數不能為0！”。由于程序對異常進行了處理，所以沒有出現終止運行并拋出異常的情況。
try-except語句
2.1
也可通過異常類的實例對象直接輸出異常信息。例如，將例9-1的except子句做如下修改。
except ZeroDivisionError as e:
print(e)
再次運行例9-1，結果如圖9-5所示。
圖9-5 例9-1程序修改后的運行結果
多重except語句
2.2
在某些情況下，一個代碼塊可能引發多種異常，此時，可定義多個except子句，每個except子句捕獲一種類型的異常，其語法格式如下。
try:
#可能會引發異常的代碼塊
except exception1 [as e]:
#處理異常類型1的代碼塊
except exception2 [as e]:
#處理異常類型2的代碼塊
except exception3 [as e]:
#處理異常類型3的代碼塊
…
當異常發生時，依次檢查每一個except子句，并執行第一個異常類型匹配的代碼塊，其他的except子句將不再捕獲，程序繼續執行try-except語句后面的代碼。
多重except語句
2.2
【例9-2】 在例9-1的基礎上，捕獲參數類型不正確異常。
【參考代碼】
try:
a = float(input('請輸入被除數：'))
b = float(input('請輸入除數：'))
c = a / b
print('商為:', c)
except ZeroDivisionError:
print('除數不能為0！')
except ValueError:
print('被除數和除數應為數字類型！')
多重except語句
2.2
【運行結果】 運行程序，輸入被除數為2，除數為x，結果如圖9-6所示。
圖9-6 例9-2程序運行結果
【程序說明】 上述代碼中，輸入的除數為非數字類型，導致程序出現ValueError異常，并被第二個except子句捕獲，所以輸出“被除數和除數應為數字類型！”。如果沒有第二個except子句，程序將由于沒有處理新異常的語句而導致終止運行并拋出異常。
try-except-else語句
2.3
try-except語句還有一個可選的else子句，如要使用該子句，須將其放在所有except子句后。else子句將在try子句沒有發生任何異常時執行，其語法格式如下。
try:
#可能會引發異常的代碼塊
except exception [as e]:
#出現異常后執行的代碼塊
else:
#如果try子句中的代碼沒有引發異常，則執行該代碼塊
try-except-else語句
2.3
【例9-3】 以只讀方式打開文件，并統計文件中文本的行數，如果文件不存在則給出提示信息。
【參考代碼】
fileName = 'birthday.txt'
try:
file = open(fileName, 'r')
except FileNotFoundError:
print(fileName, '文件不存在')
else:
print(fileName, '文件有', len(file.readlines()), '行')
file.close()
try-except-else語句
2.3
【運行結果】 運行程序，如果文件“birthday.txt”不存在，結果如圖9-7所示；如果文件“birthday.txt”存在，且有6行文本，結果如圖9-8所示。
圖9-7 例9-3程序運行結果1 圖9-8 例9-3程序運行結果2
try-except-finally語句
2.4
finally子句用于為異常處理提供一個統一的出口，無論try子句中的代碼是否引發異常，都會執行該子句。通常，finally子句用于資源清理工作，如釋放內存、關閉打開的文件、斷開網絡連接等，其語法格式如下。
try:
#可能會引發異常的代碼塊
except exception [as e]:
#出現異常后執行的代碼塊
finally:
#無論try子句中的代碼是否引發異常，都會執行的代碼塊
try-except-finally語句
2.4
【例9-4】 將輸入的整數寫入文件，要求無論是否捕獲到異常，都會執行關閉文件的操作。
【參考代碼】
fileName = 'integer.txt'
try:
file = open(fileName, 'a')
data = int(input('請輸入一個整數：'))
file.write(str(data))
except Exception as e:
print(e)
finally:
print('關閉文件')
file.close()
try-except-finally語句
2.4
【運行結果】 運行程序，輸入5，結果如圖9-9所示；再次運行程序，輸入9.6，結果如圖9-10所示。
圖9-9 例9-4程序運行結果1 圖9-10 例9-4程序運行結果2
【程序說明】 從運行結果可以看出，輸入整數5時，try子句中代碼沒有引發異常，會跳過except子句執行finally子句中的代碼。輸入浮點數9.6時，try子句中代碼引發異常，則會先執行except子句中的代碼，再執行finally子句中的代碼?？傊?，無論如何finally子句中的代碼都要執行。
PART 03
主動拋出bug
raise語句
3.1
raise語句可拋出一個指定的異常，其語法格式如下。
raise [exception[(message)]]
其中，exception表示異常類名，message表示異常對象的描述信息，[]表示參數可選。
使用raise語句拋出指定異常時，須使用try-except語句捕獲拋出的異常，否則程序會終止，并顯示異常信息。raise語句根據參數的不同有下面3種用法。
raise語句
3.1
（1）exception和message都存在，在指定異常類型的同時，設置異常對象的描述信息。
【例9-5】 創建通訊錄。
【問題分析】 try-except語句包含在循環中，try子句中使用len()函數檢測號碼是否為11位，使用isdigit()函數檢測號碼是否只包含數字，并分別使用raise語句拋出Exception異常，設置相應的異常信息，如果號碼格式正確，則寫入文件；except子句捕獲異常并輸出異常信息。
raise語句
3.1
【參考代碼】
while True:
try:
name = input('請輸入姓名：')
phone = input('請輸入手機號碼：')
if len(phone) != 11:
raise Exception('手機號必須為11位。')
if not phone.isdigit():
raise Exception('手機號必須為數字。')
with open('PhoneBook.txt', 'a') as file:
file.write(name + '\t' + phone + '\n')
except Exception as e:
print('異常信息：', e)
raise語句
3.1
【運行結果】 程序運行結果如圖9-11所示。
圖9-11 例9-5程序運行結果
【程序說明】 從運行結果可以看出，程序捕獲了異常并輸出了設置的異常信息，且程序沒有終止運行，繼續循環。
raise語句
3.1
（2）message缺省，只指定異常類型。此時，捕獲異常后無法輸出異常信息。例如，基于例9-5，刪除異常的描述信息，修改代碼如下。
if len(phone) != 11:
raise Exception()
if not phone.isdigit():
raise Exception()
再次運行例9-5，程序運行結果如圖9-12所示。
從圖9-12可以看出，輸入的手機號碼格式不對時，程序雖然捕獲到異常，但是無法輸出異常信息。
圖9-12 message缺省時例9-5程序運行結果
raise語句
3.1
（3）exception和message都缺省，只有一個單獨的raise。此時，捕獲到異常后，將重新引發它（傳遞異常）。例如，基于例9-5，在except子句的末尾添加raise語句，修改代碼如下。
except Exception as e:
print('異常信息：', e)
raise
raise語句
3.1
再次運行例9-5，程序運行結果如圖9-13所示。
圖9-13 重新引發異常的運行結果
從圖9-13可以看出，輸入的手機號碼格式不對時，程序捕獲到異常并輸出了異常信息。由于在except子句中使用單獨的raise語句重新引發了該異常，且沒有捕獲，所以程序終止運行并輸出了異常信息。
assert語句
3.2
assert語句又稱為斷言，它是對一個邏輯表達式進行檢查，如果為False，就會觸發AssertionError異常，其語法格式如下。
assert expression [,message]
assert后面緊跟邏輯表達式，message為一個字符串，當表達式的值為False時，作為異常類的描述信息使用。邏輯上等同于：
if not expression:
raise AssertionError(message)
assert語句用于收集用戶定義的約束條件，而不是捕獲內在的程序設計錯誤。
assert語句
3.2
【例9-6】 將百分制成績轉換成五級制成績輸出，使用assert語句判斷輸入的百分制成績是否處于0～100。
【參考代碼】
while True:
try:
score = int(input('請輸入百分制成績：'))
#斷言score處在0～100，如果不是拋出異常
assert score >= 0 and score <= 100, '分數必須處于1～100'
if score >= 90:
print('優')
assert語句
3.2
【參考代碼】（續）
elif score >= 80:
print('良')
elif score >= 70:
print('中')
elif score >= 60:
print('及格')
else:
print('不及格')
except Exception as e:
print('異常信息：', e)
break #跳出循環
assert語句
3.2
【運行結果】 程序運行結果如圖9-14所示。
圖9-14 例9-6程序運行結果
【程序說明】 整個程序位于while循環內部，循環中通過try-except語句進行異常處理。在try子句中，通過鍵盤獲取了int類型的數據score，然后斷言score的值必須處于0～100。如果輸入的數據不處于0～100，則會拋出AssertionError異常，從而執行except子句，輸出提示信息并跳出循環，結束程序。
PART 04
自己也可以定義bug
自己也可以定義bug
4
Python提供的內置異常可以描述大部分異常情況，但有時程序會有特殊的要求，系統可能無法識別該異常，此時，需要用戶創建自定義異常類，使系統能夠識別異常并進行處理。
自定義異常類必須繼承Exception類，通過__init__()方法初始化異常類對象，然后通過__str__()方法返回異常類對象說明信息。自定義異常類通過raise語句拋出，捕獲異常后可直接通過異常對象輸出說明信息。
自己也可以定義bug
4
【例9-7】 體質指數（BMI）的計算公式為：BMI=體重/身高2，其中體重的單位為kg，身高的單位為m。編寫程序，輸入一個人的身高和體重，如果BMI小于18.5則輸出“消瘦”，處于18.5～24（不含）則輸出“正?！?，處于24～28（不含）則輸出“超重”，28及以上則輸出“肥胖”。要求自定義異常類處理身高小于0.3 m、大于2.5 m的異常情況。
【參考代碼】
import math #導入math模塊
class HeightException(Exception):
def __init__(self, value):
self.value = value
def __str__(self):
return '異常信息:身高應處于0.3～2.5，輸入的身高是：{}'\
.format(self.value)
自己也可以定義bug
4
【參考代碼】（續）
def computeBMI():
height = float(input('請輸入身高：'))
if height < 0.3 or height > 2.5:
raise HeightException(height) #拋出異常
weight = float(input('請輸入體重：'))
BMI = weight / math.pow(height, 2) #計算BMI指數
if BMI < 18.5: #如果BMI小于18.5，輸出“消瘦”
print('消瘦');
elif BMI < 24: #如果BMI小于24且大于等于18.5，輸出“正常”
print('正常');
elif BMI < 28: #如果BMI小于28且大于等于24，輸出“超重”
print('正常');
else: #如果BMI大于等于28，輸出“肥胖”
print('肥胖');
自己也可以定義bug
4
【參考代碼】（續）
#異常處理
try:
computeBMI()
except HeightException as e:
print(e)
except ValueError:
print('輸入的數據異常，請輸入浮點數或整數！')
自己也可以定義bug
4
【運行結果】 運行程序，當輸入身高為1.8時，程序正常運行，結果如圖9-15所示；當輸入身高為3時，拋出異常，結果如圖9-16所示。
圖9-15 例9-7程序運行結果1 圖9-16 例9-7程序運行結果2
【程序說明】 第2～6行定義了HeightException異常類繼承Exception類，value表示實際輸入的值。若用戶輸入的身高不符合規范時，就會拋出HeightException異常。
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