Python学习--try-except 异常处理详解

def basic_exception_handling():    """基本异常处理结构"""    # 最简单的形式    try:        result = 10 / 0        print(f"结果: {result}")    except ZeroDivisionError:        print("错误：除数不能为0")    # 捕获异常并获取异常对象    try:        result = 10 / 0    except ZeroDivisionError as e:        print(f"捕获到异常: {e}")        print(f"异常类型: {type(e).__name__}")basic_exception_handling()

def complete_exception_structure():    """完整的异常处理结构"""    try:        # 可能发生异常的代码        number = int(input("请输入一个数字: "))        result = 100 / number        print(f"100 / {number} = {result}")    except ValueError as e:        # 处理值错误（输入不是数字）        print(f"值错误: {e}")    except ZeroDivisionError as e:        # 处理除零错误        print(f"除零错误: {e}")    except Exception as e:        # 处理其他所有异常        print(f"未知错误: {e}")    else:        # 没有异常时执行        print("计算成功完成！")    finally:        # 无论是否发生异常都会执行        print("程序执行结束")# complete_exception_structure()

def multiple_exceptions():    """捕获多个异常的不同方式"""    # 方式1：多个 except 块    def process_data1(data):        try:            result = int(data)            result = 100 / result            return result        except ValueError:            return "错误：无效的数字格式"        except ZeroDivisionError:            return "错误：数字不能为0"        except Exception as e:            return f"错误：{e}"    # 方式2：一个 except 块捕获多个异常    def process_data2(data):        try:            result = int(data)            result = 100 / result            return result        except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:            return f"错误：{type(e).__name__} - {e}"    # 方式3：使用 Exception 捕获所有异常    def process_data3(data):        try:            result = int(data)            result = 100 / result            return result        except Exception as e:            return f"错误：{e}"    # 测试    test_data = ["10", "0", "abc", None]    print("方式1:")    for data in test_data:        print(f"  {data} -> {process_data1(data)}")    print("\n方式2:")    for data in test_data:        print(f"  {data} -> {process_data2(data)}")multiple_exceptions()

def exception_chaining():    """异常链和重新抛出"""    def process_file(filename):        """处理文件，可能抛出多种异常"""        try:            with open(filename, 'r') as f:                data = f.read()                return int(data) * 2        except FileNotFoundError as e:            # 重新抛出更具体的异常            raise RuntimeError(f"配置文件 {filename} 不存在") from e        except ValueError as e:            # 重新抛出，保留原始异常            raise RuntimeError(f"配置文件内容不是有效数字") from e    def safe_process(filename):        """安全处理文件"""        try:            return process_file(filename)        except RuntimeError as e:            print(f"处理失败: {e}")            print(f"原始错误: {e.__cause__}")            return None    # 测试    result = safe_process("nonexistent.txt")    print(f"结果: {result}")exception_chaining()

def complete_example():    """完整的异常处理示例"""    def divide_numbers(a, b):        """安全的除法函数"""        print(f"\n计算 {a} / {b}")        try:            # 尝试执行除法            result = a / b        except ZeroDivisionError as e:            # 处理除零错误            print(f"  除零错误: {e}")            return None        except TypeError as e:            # 处理类型错误            print(f"  类型错误: {e}")            return None        else:            # 没有异常时执行            print(f"  计算成功")            return result        finally:            # 总是执行            print(f"  除法操作完成")    # 测试各种情况    print("=== 正常情况 ===")    result = divide_numbers(10, 2)    print(f"结果: {result}")    print("\n=== 除零情况 ===")    result = divide_numbers(10, 0)    print(f"结果: {result}")    print("\n=== 类型错误 ===")    result = divide_numbers("10", 2)    print(f"结果: {result}")complete_example()

def custom_exceptions():    """自定义异常类"""    # 定义自定义异常    class ValidationError(Exception):        """验证错误基类"""        pass    class EmptyFieldError(ValidationError):        """空字段错误"""        def __init__(self, field_name):            self.field_name = field_name            super().__init__(f"字段 '{field_name}' 不能为空")    class InvalidEmailError(ValidationError):        """无效邮箱错误"""        pass    class AgeRangeError(ValidationError):        """年龄范围错误"""        def __init__(self, age, min_age, max_age):            self.age = age            self.min_age = min_age            self.max_age = max_age            super().__init__(f"年龄 {age} 必须在 {min_age}-{max_age} 之间")    class WeakPasswordError(ValidationError):        """弱密码错误"""        def __init__(self, reason):            self.reason = reason            super().__init__(f"密码强度不足: {reason}")    # 使用自定义异常    def validate_user(name, email, age, password):        """验证用户信息"""        if not name:            raise EmptyFieldError("name")        if not email:            raise EmptyFieldError("email")        if '@' not in email or '.' not in email:            raise InvalidEmailError(f"邮箱格式错误: {email}")        if not (0 <= age <= 150):            raise AgeRangeError(age, 0, 150)        if len(password) < 8:            raise WeakPasswordError("密码长度至少8位")        if not any(c.isdigit() for c in password):            raise WeakPasswordError("密码必须包含数字")        if not any(c.isupper() for c in password):            raise WeakPasswordError("密码必须包含大写字母")        return {"name": name, "email": email, "age": age}    # 测试用户验证    test_users = [        ("", "test@example.com", 25, "Password123"),        ("Alice", "", 25, "Password123"),        ("Bob", "invalid-email", 25, "Password123"),        ("Charlie", "charlie@example.com", 200, "Password123"),        ("David", "david@example.com", 25, "weak"),        ("Eve", "eve@example.com", 25, "Password123"),    ]    for name, email, age, password in test_users:        try:            result = validate_user(name, email, age, password)            print(f"✓ 验证通过: {result}")        except EmptyFieldError as e:            print(f"✗ 空字段错误: {e}")        except InvalidEmailError as e:            print(f"✗ 邮箱错误: {e}")        except AgeRangeError as e:            print(f"✗ 年龄错误: {e}")        except WeakPasswordError as e:            print(f"✗ 密码错误: {e}")        except ValidationError as e:            print(f"✗ 验证错误: {e}")custom_exceptions()

def exception_decorators():    """异常处理装饰器"""    from functools import wraps    def handle_exceptions(default_return=None, log_errors=True):        """异常处理装饰器"""        def decorator(func):            @wraps(func)            def wrapper(*args, **kwargs):                try:                    return func(*args, **kwargs)                except Exception as e:                    if log_errors:                        print(f"函数 {func.__name__} 发生错误: {type(e).__name__}: {e}")                    # 如果 default_return 是可调用对象，调用它                    if callable(default_return):                        return default_return(e, *args, **kwargs)                    return default_return            return wrapper        return decorator    def retry(max_attempts=3, delay=1, exceptions=(Exception,)):        """重试装饰器"""        def decorator(func):            @wraps(func)            def wrapper(*args, **kwargs):                last_exception = None                for attempt in range(max_attempts):                    try:                        return func(*args, **kwargs)                    except exceptions as e:                        last_exception = e                        print(f"尝试 {attempt + 1}/{max_attempts} 失败: {e}")                        if attempt < max_attempts - 1:                            import time                            time.sleep(delay)                raise last_exception            return wrapper        return decorator    # 使用装饰器    @handle_exceptions(default_return=0)    def safe_divide(a, b):        return a / b    @handle_exceptions(default_return=lambda e, *args: f"错误: {e}")    def get_user_data(user_id):        if user_id <= 0:            raise ValueError("用户ID无效")        return {"id": user_id, "name": "User"}    @retry(max_attempts=3, delay=0.5, exceptions=(ConnectionError, TimeoutError))    def unstable_network_call():        import random        if random.random() < 0.7:            raise ConnectionError("网络连接失败")        return "成功"    # 测试    print(safe_divide(10, 2))   # 5.0    print(safe_divide(10, 0))   # 0    print(get_user_data(1))     # {'id': 1, 'name': 'User'}    print(get_user_data(-1))    # 错误: 用户ID无效    try:        result = unstable_network_call()        print(f"网络调用: {result}")    except Exception as e:        print(f"最终失败: {e}")exception_decorators()

def context_manager_exceptions():    """上下文管理器中的异常处理"""    class Resource:        """模拟资源"""        def __init__(self, name):            self.name = name            self.opened = False        def open(self):            print(f"打开资源: {self.name}")            self.opened = True        def close(self):            if self.opened:                print(f"关闭资源: {self.name}")                self.opened = False        def use(self):            if not self.opened:                raise RuntimeError("资源未打开")            print(f"使用资源: {self.name}")            if self.name == "bad":                raise ValueError("资源使用失败")    class ResourceContext:        """资源上下文管理器"""        def __init__(self, resource):            self.resource = resource        def __enter__(self):            self.resource.open()            return self.resource        def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):            self.resource.close()            if exc_type is not None:                print(f"上下文退出时捕获异常: {exc_type.__name__}: {exc_val}")                # 可以选择是否抑制异常                # return True  # 抑制异常                return False  # 不抑制异常    # 使用    print("=== 正常使用 ===")    try:        with ResourceContext(Resource("good")) as res:            res.use()    except Exception as e:        print(f"捕获异常: {e}")    print("\n=== 发生异常 ===")    try:        with ResourceContext(Resource("bad")) as res:            res.use()    except Exception as e:        print(f"捕获异常: {e}")context_manager_exceptions()

from contextlib import contextmanagerdef contextlib_examples():    """使用 contextlib 简化上下文管理器"""    @contextmanager    def managed_resource(name):        """资源管理上下文"""        print(f"获取资源: {name}")        try:            yield name        except Exception as e:            print(f"使用资源时发生异常: {e}")            raise        finally:            print(f"释放资源: {name}")    @contextmanager    def ignored(*exceptions):        """忽略指定异常的上下文"""        try:            yield        except exceptions as e:            print(f"忽略异常: {type(e).__name__}: {e}")    @contextmanager    def retry_context(max_retries=3, delay=1):        """重试上下文"""        attempt = 0        while attempt < max_retries:            try:                yield                break            except Exception as e:                attempt += 1                print(f"尝试 {attempt}/{max_retries} 失败: {e}")                if attempt < max_retries:                    import time                    time.sleep(delay)                else:                    raise    # 使用示例    print("=== 基本资源管理 ===")    with managed_resource("database"):        print("使用数据库")        # raise ValueError("操作失败")    print("\n=== 忽略异常 ===")    with ignored(ZeroDivisionError, ValueError):        result = 10 / 0        print(f"结果: {result}")    print("\n=== 重试机制 ===")    import random    def unstable_operation():        if random.random() < 0.7:            raise ConnectionError("网络错误")        print("操作成功")    with retry_context(max_retries=3, delay=0.5):        unstable_operation()contextlib_examples()

def best_practices():    """异常处理最佳实践"""    # 1. 捕获具体异常，不要捕获所有异常    def bad_practice():        try:            result = int(input("输入数字: "))        except Exception:  # 太宽泛            print("输入错误")    def good_practice():        try:            result = int(input("输入数字: "))        except ValueError:  # 具体异常            print("请输入有效的数字")        except KeyboardInterrupt:  # 处理中断            print("\n用户取消")    # 2. 不要吞掉异常    def bad_silence():        try:            result = 10 / 0        except:            pass  # 什么都不做，隐藏了错误    def good_logging():        import logging        try:            result = 10 / 0        except ZeroDivisionError as e:            logging.error(f"除零错误: {e}")            raise  # 重新抛出    # 3. 使用 finally 清理资源    def resource_cleanup():        f = None        try:            f = open("file.txt", "r")            data = f.read()        except FileNotFoundError:            print("文件不存在")        finally:            if f:                f.close()  # 确保文件被关闭    # 4. 使用 else 子句    def use_else():        try:            result = 10 / 2        except ZeroDivisionError:            print("除零错误")        else:            # 只有在没有异常时才执行            print(f"计算成功: {result}")    # 5. 异常应该有意义    class BusinessError(Exception):        """业务逻辑错误"""        pass    def validate_age(age):        if age < 0:            raise ValueError("年龄不能为负数")  # 使用合适的异常类型        if age > 150:            raise BusinessError("年龄超出合理范围")  # 自定义异常    print("最佳实践演示完成")best_practices()

def performance_considerations():    """异常处理的性能考虑"""    import time    # 异常处理比条件判断慢，但更清晰    def check_before_use(data, index):        """LBYL: Look Before You Leap"""        if 0 <= index < len(data):            return data[index]        return None    def try_first(data, index):        """EAFP: Easier to Ask for Forgiveness than Permission"""        try:            return data[index]        except IndexError:            return None    # 性能测试    data = list(range(1000))    iterations = 100000    # 测试正常情况（索引有效）    start = time.perf_counter()    for i in range(iterations):        result = check_before_use(data, 500)    lbyl_time = time.perf_counter() - start    start = time.perf_counter()    for i in range(iterations):        result = try_first(data, 500)    eafp_time = time.perf_counter() - start    print(f"LBYL (条件检查): {lbyl_time:.3f}秒")    print(f"EAFP (异常处理): {eafp_time:.3f}秒")    # 测试异常情况（索引无效）    start = time.perf_counter()    for i in range(iterations):        result = check_before_use(data, 2000)    lbyl_error_time = time.perf_counter() - start    start = time.perf_counter()    for i in range(iterations):        result = try_first(data, 2000)    eafp_error_time = time.perf_counter() - start    print(f"\n异常情况:")    print(f"LBYL: {lbyl_error_time:.3f}秒")    print(f"EAFP: {eafp_error_time:.3f}秒")    print("\n建议: 正常情况使用 EAFP，频繁异常使用 LBYL")performance_considerations()