python编程 ：第二十八课：让程序更稳定 – 错误处理进阶与 `finally`

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 复习 try...except 语句的基本用法和作用。
  • 深入理解如何捕获多个不同类型的错误，并分别进行处理。
  • 学习在 except 块中如何获取并打印详细的错误信息。
  • 掌握 finally 语句的用法：无论 try 块中是否发生错误，finally 块中的代码都一定会执行。
  • 理解 finally 在资源清理（如文件关闭、数据库连接释放）中的重要作用。
  • 能够编写更健壮的代码，有效处理程序运行时可能发生的多种异常情况。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾上一节综合项目中 try-except 的应用（例如处理用户输入无效、文件找不到等）。
• 提出问题: 老师提问：“我们之前用 try-except 让程序在遇到错误时不会崩溃，而是打印一个提示。但有时候，一个代码块可能会引发好几种不同的错误，比如用户输入非数字，或者除数为零。我们怎么针对不同的错误给出不同的提示呢？另外，不管程序有没有出错，总有一些收尾工作（比如关闭文件、保存数据）是必须做的，有没有办法保证这些代码一定会被执行？”
• 引出新知识: 今天我们将学习如何更精确地捕获和处理不同类型的错误，以及一个非常重要的 finally 语句，它能确保某些代码无论如何都会被执行，这对于程序的稳定性至关重要。

2. 捕获多种类型的错误 (20 分钟)

• 回顾基本捕获: try...except: （捕获所有错误）或 try...except 错误类型: （捕获特定错误）。
• 捕获多个特定错误: 可以写多个 except 块，每个块捕获一种特定的错误类型。

  print("--- 捕获多种错误示例 ---")
  try:
      user_input = input("请输入一个数字（不要输入0）：")
      num = int(user_input) # 可能引发 ValueError
  
      result = 100 / num # 可能引发 ZeroDivisionError
  
      my_list = [10, 20]
      print(my_list[5]) # 可能引发 IndexError
  
      print("计算结果:", result)
  except ValueError:
      print("错误：您输入的内容不是有效的整数！")
  except ZeroDivisionError:
      print("错误：除数不能为零！")
  except IndexError:
      print("错误：列表索引超出了范围！")
  # 也可以在最后放一个通用的 Exception 来捕获所有未被上面捕获的错误
  except Exception as e:
      print(f"发生了一个未知错误: {e}")
  
  print("程序继续执行。")
  

• 将多种错误类型放在一个 except 中: 如果对多种错误的处理方式相同，可以将它们放在一个元组里，用一个 except 块捕获。

  print("--- 捕获多种错误类型（合并处理）示例 ---")
  try:
      data = {"name": "Alice"}
      print(data["age"]) # KeyError
      # result = 10 / 0 # ZeroDivisionError
  except (KeyError, ZeroDivisionError) as e: # 同时捕获 KeyError 和 ZeroDivisionError
      print(f"发生了数据访问或数学计算错误: {e}")
  except ValueError as e:
      print(f"发生了值转换错误: {e}")
  except Exception as e:
      print(f"发生了其他未知的错误: {e}")
  
  print("程序继续执行。")
  

• 使用 as e 获取错误对象: 在 except 错误类型 as 变量名: 中，变量名 会得到一个错误对象，里面包含了错误的详细信息，打印它会非常有帮助。

  try:
      name = "Bob"
      # 故意制造一个错误：尝试对字符串求平方根 (TypeError)
      print(math.sqrt(name))
  except TypeError as err: # 将错误对象存入 err 变量
      print(f"错误类型: {type(err)}")
      print(f"错误信息: {err}") # 打印错误信息
  

• 动手实践: 学生编写一个程序，尝试从一个字典中获取用户输入的键的值。用 try-except 捕获 KeyError（键不存在）和 TypeError（如果用户输入的键类型不对），并分别打印不同的提示信息。

3. 无论如何都要执行 – finally 语句 (25 分钟)

• 概念: finally 块是 try-except 结构的一部分。无论 try 块中的代码是否发生错误，finally 块中的代码都一定会执行。
• 语法:

  try:
      # 可能会出错的代码
      print("尝试执行 try 块。")
      # result = 1 / 0 # 这里如果出错
      print("try 块中的其他代码。")
  except ZeroDivisionError:
      # 如果 try 块出错，且是 ZeroDivisionError，就执行这里
      print("进入 except 块处理错误。")
  finally:
      # 无论 try 块是否出错，也无论 except 块是否执行，这里都会执行
      print("进入 finally 块，这是最后一定会执行的代码。")
  print("程序继续执行 after try-except-finally。")
  

• finally 的作用场景 (重点！): finally 最常用于清理资源，确保一些重要的操作（比如文件关闭、网络连接断开、数据库连接释放）无论程序是否正常运行都能被执行。
• 文件操作中的 finally (旧式用法，与 with 对比): 之前我们学了 with open() 可以自动关闭文件，这很方便。但如果不用 with，手动打开文件时，finally 就非常重要了。

  # 示例：文件操作中 finally 的应用 (不推荐直接使用，但为了理解 finally 很有用)
  file_obj = None # 确保 file_obj 变量在 try 外部定义，否则 except 或 finally 访问不到
  try:
      file_obj = open("my_test_file.txt", "r") # 假设文件存在，可能引发 FileNotFoundError
      content = file_obj.read()
      print("文件内容:", content)
      # 模拟一个其他错误，导致文件没有被及时关闭
      # data = 1 / 0
  except FileNotFoundError:
      print("错误：文件不存在！")
  except Exception as e: # 捕获其他所有错误
      print(f"读取文件时发生其他错误: {e}")
  finally:
      # 无论上面是否出错，只要 file_obj 被成功赋值，就尝试关闭它
      if file_obj: # 检查 file_obj 是否已经被成功打开 (不为 None)
          file_obj.close()
          print("文件已在 finally 块中关闭。")
      else:
          print("文件未成功打开，无需关闭。")
  
  print("程序结束。")
  

• 与 with open() 对比: with open() 语句内部其实就是利用了 try-finally 的机制来实现文件的自动关闭，所以我们更推荐使用 with open() 来操作文件。但 finally 的概念在其他需要资源清理的场景中仍然非常重要。
• 动手实践: 学生编写一个程序，包含 try, except 和 finally。在 try 块中尝试制造一个错误（例如除零），观察 finally 块是否执行。 然后移除错误，再次观察 finally 块是否依然执行。

4. 课堂练习 (15 分钟)

让学生独立完成以下练习：

• 练习 1: 编写一个程序，让用户输入一个字符串和一个整数索引。尝试从字符串中获取对应索引的字符并打印。使用 try-except IndexError 捕获索引超出范围的错误，并使用 try-except ValueError 捕获用户输入索引不是整数的错误。

  my_string = "Python编程"
  # TODO: 获取用户输入的索引 (字符串)
  # TODO: 使用 try 块转换索引为整数，并访问字符串字符
  # TODO: 编写 except ValueError 处理非整数输入
  # TODO: 编写 except IndexError 处理索引越界
  

• 练习 2: 编写一个程序，让用户输入两个数字。尝试进行除法运算并打印结果。要求：
  • 如果用户输入非数字，打印“输入无效，请确保都是数字。”
  • 如果除数为零，打印“除数不能为零。”
  • 无论除法是否成功，最后都打印一句“计算尝试完毕。”（使用 finally）。
• 练习 3: (选做) 编写一个函数 read_and_process_file(filename)，接收文件名作为参数。
  • 在函数内部使用 try-except FileNotFoundError 捕获文件不存在的错误。
  • 在 try 块中打开文件（可以使用 with open() 更简洁），读取所有行。
  • 尝试将每行内容转换为整数并求和（这里可能会有 ValueError）。
  • 使用另一个 except ValueError 块来捕获转换错误，并打印“文件中包含无效的数字行”。
  • 无论文件是否成功处理，最后都打印一句“文件处理完成。”（使用 finally）。

5. 总结与提问 (5 分钟)

• 回顾: 回顾本节课内容：捕获多种错误类型的方法（多个 except 块，或用元组合并），as e 获取错误信息，finally 语句的特点（无论是否出错都执行），以及 finally 在资源清理中的重要作用。
• 提问:
  • 一个 try 块后面可以跟几个 except 块？
  • except (ValueError, TypeError): 这种写法有什么好处？
  • finally 块里的代码什么时候会执行？
  • 在文件操作中，finally 或 with open() 有什么共同的优点？
• 答疑: 回答学生问题。

6. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 编写一个函数 get_user_age()，循环让用户输入年龄，直到用户输入一个有效的正整数为止。在函数内部使用 try-except ValueError 和 while True 循环，并在成功获取年龄后 return 年龄。如果年龄不是正数，也要提示错误。
• 作业 2: 编写一个程序，尝试打开一个名为 log.txt 的文件，以追加模式写入一条日志信息“程序启动时间：[当前时间]”（使用 datetime 模块获取当前时间）。无论写入是否成功，最后都打印“日志写入尝试结束。”（使用 finally）。
• 作业 3: (选做) 编写一个简单的学生成绩查询系统（命令行版）。
  • 创建一个学生成绩字典，例如 {"小明": 90, "小红": 85, "小刚": 78}。
  • 让用户循环输入学生姓名，如果学生姓名在字典中，打印分数；如果不在，提示“该学生不存在”。
  • 使用 try-except 捕获 KeyboardInterrupt 错误（当用户按 Ctrl+C 退出程序时会发生），并在捕获到此错误时，打印“程序被中断，再见！”然后退出循环。