python编程 ：第十七课：当程序遇到“意外” – 错误处理 (try…except)

第十七课：当程序遇到“意外” – 错误处理 (try…except)

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 理解程序在运行过程中可能遇到的各种“意外”或“错误”。
  • 区分简单的语法错误和运行中出现的错误（异常）。
  • 学习 try...except 结构：一种“尝试”执行代码，并在出错时“捕捉”并处理错误的方法。
  • 理解 try...except 的执行流程：先尝试 try 里面的代码，如果出错就跳到 except 块执行，没出错就跳过 except 块。
  • 学习如何“捕捉”特定类型的错误（比如用户输入了错误的类型，或者文件不存在）。
  • 知道如何获取并打印错误的具体信息。
  • 理解错误处理让程序更稳定、更友好。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾文件操作（open, read, write, with open）。 提及我们之前在文件操作中可能遇到的问题，比如读取一个不存在的文件会报错。
• 提出问题: 老师提问：“你们在写代码或者运行别人的程序时，有没有遇到过程序突然停下来，屏幕上打印一大堆红色的错误信息的情况？这说明程序‘崩溃’了，没有按我们预想的完成任务。比如，如果我们让用户输入一个数字，用户却输入了一段文字，程序就会报错停下来。”
• 引出错误处理: 正常的程序应该能预料到一些可能的“意外”，并在发生意外时，不是直接崩溃，而是优雅地处理它，比如给用户一个提示，或者记录下来问题，然后继续运行。这就是错误处理。

2. 认识程序的“错误”和“意外” (10 分钟)

• 语法错误 (Syntax Error): 这是最常见的错误，通常是你的代码写错了，不符合 Python 的语法规则，比如少了个冒号，引号没配对，函数名写错了等等。这种错误在程序运行之前（或者运行刚开始时）就会被 Python 检查出来，程序根本不会开始执行或者只会执行一部分。IDE 通常会提前提示这些错误。

  # 这是一个语法错误：if 后面少了冒号
  # if True
  #     print("这会出错")
  

• 运行时错误 / 异常 (Runtime Error / Exception): 代码语法本身可能是对的，但是在程序运行的时候，因为某些原因（比如用户输入了不对的数据，要打开的文件不存在，数字除以了零），导致程序无法继续执行下去。这种错误叫做异常。

  # 这是一个运行时错误：用户输入了非数字，int() 转换会失败
  # age_str = input("请输入年龄：") # 如果用户输入 "abc"
  # age = int(age_str) # 这行就会引发 ValueError 异常
  
  # 这是一个运行时错误：尝试除以零
  # result = 10 / 0 # 这行会引发 ZeroDivisionError 异常
  
  # 这是一个运行时错误：尝试打开不存在的文件
  # file = open("non_exist.txt", "r") # 这行会引发 FileNotFoundError 异常
  

• 本节课重点: 我们主要学习如何处理运行时错误（异常），让程序在遇到这些意外时，可以继续运行下去。

3. 尝试做，万一错了就这样办 – try…except (15 分钟)

• 核心思想: try...except 结构就像一个“尝试”和“备用方案”。我们把可能会出错的代码放在 try 代码块里“尝试”执行。如果 try 块里的代码没有出错，except 块就会被跳过，程序继续往下执行。如果 try 块里的代码发生错误，Python 就会立即停止执行 try 块中出错的那一行以及后面的代码，然后跳到 except 代码块里执行“备用方案”的代码。
• 语法:

  try:
      # 尝试执行的代码 (可能出错的代码)
      print("尝试执行代码...")
      # ... 可能引发错误的代码 ...
      print("尝试代码执行成功！") # 如果上面的代码没出错，这行会执行
  except:
      # 如果 try 块里的代码出错了，就执行这里的代码 (错误处理代码)
      print("出错了！执行备用方案。")
      # ... 处理错误的代码 ...
  
  # 无论 try 块是否出错，except 块是否执行，try...except 结构后面的代码都会继续执行
  print("程序继续运行。")
  

• 演示: 演示一个没有错误处理的代码，当出错时程序停止。 然后用 try...except 包围起来，演示出错时程序不会崩溃，而是执行 except 块的内容。

  print("--- 没有错误处理 ---")
  # print(10 / 0) # 运行到这里会崩溃
  print("这行不会被打印") # 如果上面崩溃，这行就不会执行
  
  print("\n--- 使用 try...except ---")
  try:
      print("正在尝试除以零...")
      result = 10 / 0 # 这行会出错
      print("结果是:", result) # 这行不会执行
  except:
      print("呀！除法出错了，不能除以零！")
  
  print("程序继续运行，没有崩溃！")
  

• 动手实践: 学生编写代码，故意写一个会引发错误的语句（比如访问列表不存在的索引 [1, 2][5]），不加 try...except 运行看崩溃。 然后用 try...except 包围起来，让程序在出错时打印一条友好的提示信息。

4. 捕捉特定类型的错误 (20 分钟)

• 问题: 前面的 except 语句会捕捉任何类型的错误。但我们通常想针对不同的错误做不同的处理，比如输入类型错误和文件不存在是不同的问题。
• 捕捉特定错误: 可以在 except 后面指定想捕捉的错误类型。
• 语法: except 错误类型: 或 except 错误类型 as 变量名:

  try:
      age_str = input("请输入年龄：") # 可能引发 ValueError
      age = int(age_str)
      print("你的年龄是:", age)
  
      file_name = input("请输入要打开的文件名：") # 可能引发 FileNotFoundError
      with open(file_name, 'r') as f:
          content = f.read()
          print("文件内容：\n", content)
  
      result = 100 / age # 如果 age 是 0，可能引发 ZeroDivisionError
      print("100 除以年龄的结果：", result)
  
  except ValueError: # 捕捉 ValueError 类型的错误
      print("错误：请输入一个有效的整数年龄！")
  except FileNotFoundError: # 捕捉 FileNotFoundError 类型的错误
      print("错误：找不到指定的文件！")
  except ZeroDivisionError: # 捕捉 ZeroDivisionError 类型的错误
      print("错误：年龄不能是零，不能进行除法运算！")
  except Exception as e: # 捕捉所有其他类型的错误，并将错误信息存到变量 e 中
      print("发生了未知错误：", e)
  
  print("程序继续执行。")
  

• 重要: 可以有多个 except 块，程序会从上往下匹配错误类型，执行第一个匹配到的 except 块。最后的 except Exception as e: 可以用来捕捉所有你没有明确指定的错误，防止程序崩溃。 Exception 是所有内置错误类型的老祖宗。
• 获取错误信息: 使用 as 变量名 可以把错误对象存到一个变量里，通常叫做 e 或 err。打印这个变量可以得到错误的具体描述信息。
• 动手实践: 学生编写代码，包含用户输入转换为数字、除法运算等可能出错的操作。 使用多个 except 块分别捕捉 ValueError 和 ZeroDivisionError，并打印不同的错误提示信息。 尝试输入文字和输入 0，看程序输出。

5. 课堂练习 (20 分钟)

让学生独立完成以下练习：

• 练习 1: 编写一个程序，询问用户输入两个数字，计算它们的除法结果并打印。使用 try...except 处理可能出现的 ValueError (输入的不是数字) 和 ZeroDivisionError (除数为零)。

  # 在这里写你的代码
  try:
      num1_str = input("请输入第一个数字：")
      num1 = float(num1_str)
  
      num2_str = input("请输入第二个数字：")
      num2 = float(num2_str)
  
      # TODO: 计算 num1 / num2
      # TODO: 打印结果
  
  except ValueError:
      # TODO: 打印处理 ValueError 的信息
      pass
  except ZeroDivisionError:
      # TODO: 打印处理 ZeroDivisionError 的信息
      pass
  
  print("程序运行结束。")
  

• 练习 2: 编写一个程序，要求用户输入文件名，并尝试以读取模式 ('r') 打开该文件，读取内容并打印。使用 try...except FileNotFoundError 处理文件不存在的情况，打印友好的提示。
• 练习 3: 编写一个程序，创建一个列表 my_list = ["apple", "banana"]。要求用户输入一个索引（整数），尝试打印列表中该索引位置的元素。使用 try...except IndexError 处理用户输入的索引超出列表范围的情况。使用 try...except ValueError 处理用户输入的不是有效整数的情况。

6. 总结与提问 (10 分钟)

• 回顾: 回顾本节课内容：程序中的错误和异常，try...except 结构的作用（尝试执行，捕捉错误），如何捕捉特定类型的错误，except Exception as e: 的作用，如何获取错误信息，错误处理让程序更稳定。
• 提问:
  • 语法错误和运行时错误有什么区别？
  • try 块里的代码有什么特点？
  • 当 try 块里的代码出错时，程序会做什么？
  • except ValueError: 是用来捕捉什么错误？
  • except: 和 except 错误类型: 有什么不同？
  • 为什么要进行错误处理？
• 答疑: 回答学生问题。

7. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 编写一个程序，要求用户输入一个整数。使用 try...except 结构，如果用户输入的是非整数，就打印“输入无效，请重新运行并输入整数！” 程序不会因为输入错误而崩溃。
• 作业 2: 编写一个程序，尝试从一个叫做 settings.txt 的文件中读取第一行内容并打印。使用 try...except FileNotFoundError 处理文件不存在的情况，如果文件不存在，就打印“设置文件找不到，将使用默认设置。”
• 作业 3: (选做) 编写一个程序，使用 while True 循环和 try...except 结构，不断要求用户输入一个有效的整数。只有当用户输入了有效的整数后，才退出循环并打印这个整数。如果输入无效，打印提示信息，然后继续循环要求输入。