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Python少儿编程
第九章 一起捉bug
目录
1.1
什么是bug
1.2
如何捉bug
1.3
主动抛出bug
1.4
自己也可以定义bug
PART 01
什么是bug
语法错误
1.1
语法错误也称为解析错误，在使用PyCharm编写代码时，如果出现语法错误，会通过红色波浪线提示。常见的语法错误包括拼写错误、缩进错误等不符合Python语法规范的错误。例如，变量名使用数字开头，if语句后没有冒号，错误提示如图9-1所示。
从图9-1中可以看出，“1name = '小蓝'”语句由于变量名使用数字开头，所以出现错误提示。“if age < 18”语句由于最后缺少冒号，也出现错误提示，此时，将鼠标放到错误提示位置，会给出错误原因或解决方法。
异常
1.2
即使Python程序的语法是正确的，在运行时也有可能发生错误，这种在运行期间检测到的错误称为异常。Python的异常分为两种：一种是内置异常，在某些错误出现时会自动触发；另一种是用户自定义异常（详见9.4节），就是用户根据自己的需求设置的异常。常见的内置异常如表9-1所示。
表9-1 Python中常见的内置异常
异常
1.2
表9-1 Python中常见的内置异常（续）
异常
1.2
大多数异常不会被程序自动处理，会以异常信息的形式进行显示。例如，执行“a = '2' + 3”语句，出现的异常信息如图9-2所示。
图9-2 异常信息
从图9-2可以看出，该语句抛出了TypeError异常，如果没有对该异常进行处理，程序就会使用所谓的回溯（Traceback，一种异常信息）终止执行，这些信息包括异常发生的行号、异常的名称（如TypeError）和原因等。
PART 02
如何捉bug
try-except语句
2.1
try-except语句用于捕获和处理异常，其语法格式如下。
try:
#可能会引发异常的代码块
except exception [as e]:
#出现异常后执行的代码块
其中，exception为异常类名，[]为可选项，“as e”表示将异常类的实例对象命名为e。如果try子句中的代码块引发异常并被except子句捕获，就执行except子句中的代码块；如果try子句中的代码块没有引发异常，就继续执行try-except语句后面的代码；如果引发的异常没有被except子句捕获，程序将终止运行并输出异常信息。
try-except语句
2.1
【例9-1】 捕获除数为0的异常。
【问题分析】 在try子句中输入被除数和除数，然后进行除法运算，并输出商；except子句捕获ZeroDivisionError异常，并输出异常信息。
【参考代码】
try:
a = float(input('请输入被除数：'))
b = float(input('请输入除数：'))
c = a / b
print('商为:', c)
except ZeroDivisionError:
print('除数不能为0！')
try-except语句
2.1
【运行结果】 运行程序，输入被除数为2，除数为1，结果如图9-3所示；再次运行程序，输入被除数为2，除数为0，结果如图9-4所示。
图9-3 例9-1程序运行结果1 图9-4 例9-1程序运行结果2
【程序说明】 从运行结果可以看出，当除数为0时，程序引发ZeroDivisionError异常，此时，except子句捕获了这个异常并输出“除数不能为0！”。由于程序对异常进行了处理，所以没有出现终止运行并抛出异常的情况。
try-except语句
2.1
也可通过异常类的实例对象直接输出异常信息。例如，将例9-1的except子句做如下修改。
except ZeroDivisionError as e:
print(e)
再次运行例9-1，结果如图9-5所示。
图9-5 例9-1程序修改后的运行结果
多重except语句
2.2
在某些情况下，一个代码块可能引发多种异常，此时，可定义多个except子句，每个except子句捕获一种类型的异常，其语法格式如下。
try:
#可能会引发异常的代码块
except exception1 [as e]:
#处理异常类型1的代码块
except exception2 [as e]:
#处理异常类型2的代码块
except exception3 [as e]:
#处理异常类型3的代码块
…
当异常发生时，依次检查每一个except子句，并执行第一个异常类型匹配的代码块，其他的except子句将不再捕获，程序继续执行try-except语句后面的代码。
多重except语句
2.2
【例9-2】 在例9-1的基础上，捕获参数类型不正确异常。
【参考代码】
try:
a = float(input('请输入被除数：'))
b = float(input('请输入除数：'))
c = a / b
print('商为:', c)
except ZeroDivisionError:
print('除数不能为0！')
except ValueError:
print('被除数和除数应为数字类型！')
多重except语句
2.2
【运行结果】 运行程序，输入被除数为2，除数为x，结果如图9-6所示。
图9-6 例9-2程序运行结果
【程序说明】 上述代码中，输入的除数为非数字类型，导致程序出现ValueError异常，并被第二个except子句捕获，所以输出“被除数和除数应为数字类型！”。如果没有第二个except子句，程序将由于没有处理新异常的语句而导致终止运行并抛出异常。
try-except-else语句
2.3
try-except语句还有一个可选的else子句，如要使用该子句，须将其放在所有except子句后。else子句将在try子句没有发生任何异常时执行，其语法格式如下。
try:
#可能会引发异常的代码块
except exception [as e]:
#出现异常后执行的代码块
else:
#如果try子句中的代码没有引发异常，则执行该代码块
try-except-else语句
2.3
【例9-3】 以只读方式打开文件，并统计文件中文本的行数，如果文件不存在则给出提示信息。
【参考代码】
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语句
2.3
【运行结果】 运行程序，如果文件“birthday.txt”不存在，结果如图9-7所示；如果文件“birthday.txt”存在，且有6行文本，结果如图9-8所示。
图9-7 例9-3程序运行结果1 图9-8 例9-3程序运行结果2
try-except-finally语句
2.4
finally子句用于为异常处理提供一个统一的出口，无论try子句中的代码是否引发异常，都会执行该子句。通常，finally子句用于资源清理工作，如释放内存、关闭打开的文件、断开网络连接等，其语法格式如下。
try:
#可能会引发异常的代码块
except exception [as e]:
#出现异常后执行的代码块
finally:
#无论try子句中的代码是否引发异常，都会执行的代码块
try-except-finally语句
2.4
【例9-4】 将输入的整数写入文件，要求无论是否捕获到异常，都会执行关闭文件的操作。
【参考代码】
fileName = 'integer.txt'
try:
file = open(fileName, 'a')
data = int(input('请输入一个整数：'))
file.write(str(data))
except Exception as e:
print(e)
finally:
print('关闭文件')
file.close()
try-except-finally语句
2.4
【运行结果】 运行程序，输入5，结果如图9-9所示；再次运行程序，输入9.6，结果如图9-10所示。
图9-9 例9-4程序运行结果1 图9-10 例9-4程序运行结果2
【程序说明】 从运行结果可以看出，输入整数5时，try子句中代码没有引发异常，会跳过except子句执行finally子句中的代码。输入浮点数9.6时，try子句中代码引发异常，则会先执行except子句中的代码，再执行finally子句中的代码。总之，无论如何finally子句中的代码都要执行。
PART 03
主动抛出bug
raise语句
3.1
raise语句可抛出一个指定的异常，其语法格式如下。
raise [exception[(message)]]
其中，exception表示异常类名，message表示异常对象的描述信息，[]表示参数可选。
使用raise语句抛出指定异常时，须使用try-except语句捕获抛出的异常，否则程序会终止，并显示异常信息。raise语句根据参数的不同有下面3种用法。
raise语句
3.1
（1）exception和message都存在，在指定异常类型的同时，设置异常对象的描述信息。
【例9-5】 创建通讯录。
【问题分析】 try-except语句包含在循环中，try子句中使用len()函数检测号码是否为11位，使用isdigit()函数检测号码是否只包含数字，并分别使用raise语句抛出Exception异常，设置相应的异常信息，如果号码格式正确，则写入文件；except子句捕获异常并输出异常信息。
raise语句
3.1
【参考代码】
while True:
try:
name = input('请输入姓名：')
phone = input('请输入手机号码：')
if len(phone) != 11:
raise Exception('手机号必须为11位。')
if not phone.isdigit():
raise Exception('手机号必须为数字。')
with open('PhoneBook.txt', 'a') as file:
file.write(name + '\t' + phone + '\n')
except Exception as e:
print('异常信息：', e)
raise语句
3.1
【运行结果】 程序运行结果如图9-11所示。
图9-11 例9-5程序运行结果
【程序说明】 从运行结果可以看出，程序捕获了异常并输出了设置的异常信息，且程序没有终止运行，继续循环。
raise语句
3.1
（2）message缺省，只指定异常类型。此时，捕获异常后无法输出异常信息。例如，基于例9-5，删除异常的描述信息，修改代码如下。
if len(phone) != 11:
raise Exception()
if not phone.isdigit():
raise Exception()
再次运行例9-5，程序运行结果如图9-12所示。
从图9-12可以看出，输入的手机号码格式不对时，程序虽然捕获到异常，但是无法输出异常信息。
图9-12 message缺省时例9-5程序运行结果
raise语句
3.1
（3）exception和message都缺省，只有一个单独的raise。此时，捕获到异常后，将重新引发它（传递异常）。例如，基于例9-5，在except子句的末尾添加raise语句，修改代码如下。
except Exception as e:
print('异常信息：', e)
raise
raise语句
3.1
再次运行例9-5，程序运行结果如图9-13所示。
图9-13 重新引发异常的运行结果
从图9-13可以看出，输入的手机号码格式不对时，程序捕获到异常并输出了异常信息。由于在except子句中使用单独的raise语句重新引发了该异常，且没有捕获，所以程序终止运行并输出了异常信息。
assert语句
3.2
assert语句又称为断言，它是对一个逻辑表达式进行检查，如果为False，就会触发AssertionError异常，其语法格式如下。
assert expression [,message]
assert后面紧跟逻辑表达式，message为一个字符串，当表达式的值为False时，作为异常类的描述信息使用。逻辑上等同于：
if not expression:
raise AssertionError(message)
assert语句用于收集用户定义的约束条件，而不是捕获内在的程序设计错误。
assert语句
3.2
【例9-6】 将百分制成绩转换成五级制成绩输出，使用assert语句判断输入的百分制成绩是否处于0～100。
【参考代码】
while True:
try:
score = int(input('请输入百分制成绩：'))
#断言score处在0～100，如果不是抛出异常
assert score >= 0 and score <= 100, '分数必须处于1～100'
if score >= 90:
print('优')
assert语句
3.2
【参考代码】（续）
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('异常信息：', e)
break #跳出循环
assert语句
3.2
【运行结果】 程序运行结果如图9-14所示。
图9-14 例9-6程序运行结果
【程序说明】 整个程序位于while循环内部，循环中通过try-except语句进行异常处理。在try子句中，通过键盘获取了int类型的数据score，然后断言score的值必须处于0～100。如果输入的数据不处于0～100，则会抛出AssertionError异常，从而执行except子句，输出提示信息并跳出循环，结束程序。
PART 04
自己也可以定义bug
自己也可以定义bug
4
Python提供的内置异常可以描述大部分异常情况，但有时程序会有特殊的要求，系统可能无法识别该异常，此时，需要用户创建自定义异常类，使系统能够识别异常并进行处理。
自定义异常类必须继承Exception类，通过__init__()方法初始化异常类对象，然后通过__str__()方法返回异常类对象说明信息。自定义异常类通过raise语句抛出，捕获异常后可直接通过异常对象输出说明信息。
自己也可以定义bug
4
【例9-7】 体质指数（BMI）的计算公式为：BMI=体重/身高2，其中体重的单位为kg，身高的单位为m。编写程序，输入一个人的身高和体重，如果BMI小于18.5则输出“消瘦”，处于18.5～24（不含）则输出“正常”，处于24～28（不含）则输出“超重”，28及以上则输出“肥胖”。要求自定义异常类处理身高小于0.3 m、大于2.5 m的异常情况。
【参考代码】
import math #导入math模块
class HeightException(Exception):
def __init__(self, value):
self.value = value
def __str__(self):
return '异常信息:身高应处于0.3～2.5，输入的身高是：{}'\
.format(self.value)
自己也可以定义bug
4
【参考代码】（续）
def computeBMI():
height = float(input('请输入身高：'))
if height < 0.3 or height > 2.5:
raise HeightException(height) #抛出异常
weight = float(input('请输入体重：'))
BMI = weight / math.pow(height, 2) #计算BMI指数
if BMI < 18.5: #如果BMI小于18.5，输出“消瘦”
print('消瘦');
elif BMI < 24: #如果BMI小于24且大于等于18.5，输出“正常”
print('正常');
elif BMI < 28: #如果BMI小于28且大于等于24，输出“超重”
print('正常');
else: #如果BMI大于等于28，输出“肥胖”
print('肥胖');
自己也可以定义bug
4
【参考代码】（续）
#异常处理
try:
computeBMI()
except HeightException as e:
print(e)
except ValueError:
print('输入的数据异常，请输入浮点数或整数！')
自己也可以定义bug
4
【运行结果】 运行程序，当输入身高为1.8时，程序正常运行，结果如图9-15所示；当输入身高为3时，抛出异常，结果如图9-16所示。
图9-15 例9-7程序运行结果1 图9-16 例9-7程序运行结果2
【程序说明】 第2～6行定义了HeightException异常类继承Exception类，value表示实际输入的值。若用户输入的身高不符合规范时，就会抛出HeightException异常。
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