Python处理异常与文件操作

Python处理异常

在Python编程中，异常处理是一项关键技术，它允许我们在程序运行出现错误时，优雅地处理这些错误，而不是让程序崩溃。

异常基础

Python中的异常是在程序执行过程中出现错误时引发的对象。当Python解释器遇到一个无法处理的错误时，它会创建一个异常对象，并停止当前代码块的执行。例如，当我们尝试用0作为除数时：

try:
    result = 10 / 0
    print(result)
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}，不能用零做除数")

在这个例子中，try块包含可能引发异常的代码。当10 / 0执行时，Python会引发一个ZeroDivisionError异常。except块捕获这个异常，并执行其中的代码，打印出错误信息。

常见异常类型

ZeroDivisionError：如上述例子，当进行除法运算，除数为0时触发。
TypeError：当操作或函数应用于不适当类型的对象时触发。例如：

try:
    num = "10" + 5
    print(num)
except TypeError as e:
    print(f"捕获到类型错误异常: {e}，字符串和整数不能直接相加")

在这个例子中，我们试图将字符串"10"和整数5相加，这是不允许的，因此会引发TypeError。 3. NameError：当尝试访问一个未定义的变量时触发。例如：

try:
    print(non_existent_variable)
except NameError as e:
    print(f"捕获到名称错误异常: {e}，变量未定义")

这里我们尝试打印一个未定义的变量non_existent_variable，从而引发NameError。 4. FileNotFoundError：在尝试打开一个不存在的文件时触发，这在文件操作部分会经常遇到。例如：

try:
    with open('non_existent_file.txt', 'r') as file:
        content = file.read()
        print(content)
except FileNotFoundError as e:
    print(f"捕获到文件未找到异常: {e}，文件不存在")

这里我们尝试打开一个不存在的文件non_existent_file.txt，会引发FileNotFoundError。

捕获多个异常

有时候，一段代码可能引发多种不同类型的异常。我们可以在一个try块后使用多个except块来捕获不同类型的异常。例如：

try:
    num1 = input("请输入一个数字: ")
    num2 = input("请输入另一个数字: ")
    result = int(num1) / int(num2)
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError as e:
    print(f"捕获到值错误异常: {e}，输入的不是有效的数字")
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"捕获到除零错误异常: {e}，除数不能为零")

在这个例子中，try块中的代码可能引发两种异常。如果用户输入的不是有效的数字，会引发ValueError；如果除数为0，会引发ZeroDivisionError。通过多个except块，我们可以分别处理这两种情况。

`else`子句

try - except结构还可以包含一个else子句。else子句中的代码只有在try块中没有引发任何异常时才会执行。例如：

try:
    num1 = 10
    num2 = 2
    result = num1 / num2
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")
else:
    print(f"计算结果: {result}")

这里，因为try块中的除法运算不会引发异常，所以else子句中的代码会被执行，打印出计算结果。

`finally`子句

finally子句无论try块中是否引发异常，都会被执行。它通常用于执行一些清理操作，比如关闭文件、释放资源等。例如：

file = None
try:
    file = open('test.txt', 'w')
    file.write('这是一些测试内容')
except IOError as e:
    print(f"捕获到I/O错误异常: {e}")
finally:
    if file:
        file.close()

在这个例子中，无论try块中写入文件时是否发生异常，finally子句都会确保文件被关闭。从Python 3.2开始，我们可以使用with语句更简洁地处理文件操作，with语句会自动处理文件的关闭，在文件操作部分会详细介绍。

自定义异常

在某些情况下，Python内置的异常类型可能无法满足我们的需求，这时我们可以定义自己的异常类型。自定义异常需要继承自Exception类或其某个子类。例如：

class MyCustomError(Exception):
    pass

def check_number(num):
    if num < 0:
        raise MyCustomError("数字不能为负数")

try:
    check_number(-5)
except MyCustomError as e:
    print(f"捕获到自定义异常: {e}")

在这个例子中，我们定义了一个MyCustomError异常类，它继承自Exception。check_number函数在传入的数字为负数时，会引发这个自定义异常。try - except块捕获并处理这个异常。

Python文件操作

文件操作是Python编程中非常常见的任务，它允许我们读取、写入和修改文件中的数据。

文件打开与关闭

在Python中，使用open()函数来打开一个文件。open()函数接受两个参数，第一个是文件名，第二个是打开模式。例如：

file = open('example.txt', 'r')
content = file.read()
print(content)
file.close()

这里，我们以只读模式（'r'）打开example.txt文件，然后使用read()方法读取文件内容并打印，最后使用close()方法关闭文件。关闭文件是很重要的，因为它可以释放系统资源，确保数据被正确写入磁盘。

常见的打开模式有：

'r'：只读模式。如果文件不存在，会引发FileNotFoundError。
'w'：写入模式。如果文件不存在，会创建新文件；如果文件已存在，会清空文件内容。
'a'：追加模式。如果文件不存在，会创建新文件；如果文件已存在，会在文件末尾追加内容。
'x'：独占创建模式。如果文件已存在，会引发FileExistsError。
'b'：二进制模式，可与其他模式组合使用，如'rb'表示以二进制只读模式打开文件，常用于处理非文本文件，如图像、音频等。
't'：文本模式，默认模式。可与其他模式组合使用，如'rt'，一般处理文本文件。

使用`with`语句

with语句提供了一种更安全、更简洁的文件操作方式，它会在代码块结束时自动关闭文件，无需手动调用close()方法。例如：

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

在这个例子中，当with代码块结束时，文件会自动关闭，无论代码块中是否发生异常。这大大简化了文件操作的代码，同时也避免了因忘记关闭文件而导致的资源泄漏问题。

文件读取

read()方法：读取整个文件内容，返回一个字符串（如果是文本文件）或字节对象（如果是二进制文件）。例如：

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

readline()方法：逐行读取文件内容，每次调用返回一行内容，包括行末的换行符。例如：

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

这里使用strip()方法去除每行末尾的换行符。 3. readlines()方法：读取文件的所有行，返回一个包含每行内容的列表，每行末尾包含换行符。例如：

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

文件写入

write()方法：将字符串（如果是文本模式）或字节对象（如果是二进制模式）写入文件。例如：

with open('new_file.txt', 'w') as file:
    file.write('这是新写入的内容\n')

这里使用\n表示换行符。 2. writelines()方法：接受一个字符串序列（如列表），将其中的字符串逐行写入文件。例如：

lines = ['第一行内容\n', '第二行内容\n', '第三行内容\n']
with open('new_lines.txt', 'w') as file:
    file.writelines(lines)

文件定位

在文件操作过程中，有时需要在文件的不同位置进行读写操作，这就涉及到文件定位。tell()方法用于获取当前文件指针的位置，seek()方法用于移动文件指针到指定位置。例如：

with open('example.txt', 'r') as file:
    print(f"初始位置: {file.tell()}")
    content = file.read(5)
    print(f"读取5个字符: {content}")
    print(f"当前位置: {file.tell()}")
    file.seek(10)
    print(f"移动到位置10后，当前位置: {file.tell()}")
    content = file.read(5)
    print(f"从位置10读取5个字符: {content}")

在这个例子中，tell()方法返回当前文件指针的位置（以字节为单位，对于文本文件，在某些编码下可能与字符数不完全对应）。seek()方法接受一个偏移量参数，将文件指针移动到指定位置。

二进制文件操作

处理二进制文件（如图片、音频、视频等）时，需要以二进制模式打开文件。例如，复制一个图片文件：

with open('source_image.jpg', 'rb') as source_file:
    with open('destination_image.jpg', 'wb') as destination_file:
        while True:
            data = source_file.read(1024)
            if not data:
                break
            destination_file.write(data)

在这个例子中，我们以二进制只读模式打开源图片文件source_image.jpg，以二进制写入模式打开目标文件destination_image.jpg。然后通过循环读取源文件的数据块（每次读取1024字节），并写入目标文件，直到源文件读取完毕。

文件和目录操作的其他模块

除了基本的文件操作函数外，Python还提供了一些用于处理文件和目录的模块，如os模块和pathlib模块。

os模块：提供了许多与操作系统交互的功能，包括文件和目录操作。例如，创建目录、删除目录、重命名文件等。

import os

# 创建目录
if not os.path.exists('new_directory'):
    os.mkdir('new_directory')

# 删除目录（目录必须为空）
# os.rmdir('new_directory')

# 重命名文件
os.rename('old_file.txt', 'new_file.txt')

pathlib模块：在Python 3.4及以上版本可用，提供了面向对象的方式来处理文件路径。它使路径操作更加直观和跨平台。例如：

from pathlib import Path

# 创建目录
new_dir = Path('new_directory')
new_dir.mkdir(exist_ok=True)

# 检查文件是否存在
file_path = Path('example.txt')
if file_path.exists():
    print(f"{file_path} 存在")

# 获取文件大小
if file_path.is_file():
    size = file_path.stat().st_size
    print(f"{file_path} 的大小是 {size} 字节")

pathlib模块中的Path类提供了丰富的方法来操作路径，如joinpath()用于拼接路径，parent属性用于获取父目录等。

文件操作中的异常处理

在文件操作过程中，可能会遇到各种异常，如文件不存在、权限不足等。合理地处理这些异常可以使程序更加健壮。例如：

try:
    with open('non_existent_file.txt', 'r') as file:
        content = file.read()
        print(content)
except FileNotFoundError as e:
    print(f"捕获到文件未找到异常: {e}，请检查文件名和路径")
except PermissionError as e:
    print(f"捕获到权限错误异常: {e}，可能没有访问该文件的权限")

在这个例子中，我们尝试打开一个不存在的文件，可能会引发FileNotFoundError异常；如果没有足够的权限访问文件，可能会引发PermissionError异常。通过try - except结构，我们可以捕获并处理这些异常，避免程序崩溃。

文件编码处理

在处理文本文件时，文件的编码格式很重要。不同的编码格式可能导致读取或写入文件时出现乱码等问题。open()函数可以通过encoding参数指定文件的编码格式。常见的编码格式有'utf - 8'、'gbk'等。例如：

# 以UTF - 8编码写入文件
with open('utf8_file.txt', 'w', encoding='utf - 8') as file:
    file.write('这是UTF - 8编码的文本')

# 以GBK编码读取文件（假设文件实际是GBK编码）
try:
    with open('gbk_file.txt', 'r', encoding='gbk') as file:
        content = file.read()
        print(content)
except UnicodeDecodeError as e:
    print(f"捕获到解码错误异常: {e}，可能编码格式不正确")

在这个例子中，我们分别演示了以UTF - 8编码写入文件和以GBK编码读取文件。如果编码格式指定错误，可能会引发UnicodeDecodeError异常。

通过深入理解Python的异常处理和文件操作技术，开发者可以编写出更加健壮、可靠且功能丰富的程序，能够有效地处理各种错误情况，并灵活地与文件系统进行交互。无论是开发小型脚本还是大型应用程序，这些技术都是不可或缺的。

Python处理异常与文件操作