在编程过程中，错误和异常是不可避免的。Python 提供了完善的异常处理机制，可以在程序运行时捕获和处理异常，避免程序崩溃。此外，掌握调试技巧有助于更快定位和解决问题，从而提升开发效率。

本节将系统讲解 Python 的异常处理方法，并介绍常见的调试技巧，帮助你编写更健壮的程序。

一、Python 异常处理基础

Python 使用 try-except 语句进行异常处理。当代码块中发生错误时，程序不会立即崩溃，而是进入 except 块进行相应的处理。

示例代码如下：

try:

    result = 10 / 0

except ZeroDivisionError:

    print("除数不能为零")

在这个例子中，当试图除以零时会触发 ZeroDivisionError，程序进入 except 块并输出错误信息。

二、捕获多种异常

可以在一个 try 代码块中捕获多种不同类型的异常，并分别处理：

try:

    num = int(input("输入一个数字: "))

    result = 10 / num

except ZeroDivisionError:

    print("除数不能为零")

except ValueError:

    print("请输入有效的数字")

三、使用 else 和 finally

else 代码块在 try 代码块成功执行且没有异常时运行，而 finally 块无论是否发生异常都会执行，常用于资源清理。

try:

    file = open("example.txt", 'r')

    content = file.read()

except FileNotFoundError:

    print("文件未找到")

else:

    print("文件内容:", content)

finally:

    file.close()

    print("文件已关闭")

四、自定义异常

Python 允许开发者自定义异常类，以便更好地处理特定的错误情况。

class CustomError(Exception):

    pass

def check_number(num):

    if num < 0:

        raise CustomError("数字不能为负数")

try:

    check_number(-5)

except CustomError as e:

    print(f"发生错误: {e}")

五、调试技巧

在开发过程中，调试是非常重要的一环，Python 提供了多种调试工具和技巧，帮助快速定位问题。

1. 使用 print 进行调试

在代码的关键位置使用 print() 输出变量的值或运行状态，可以快速定位问题所在。

def add(a, b):

    print(f"a: {a}, b: {b}")

    return a + b

result = add(5, 10)

print(f"结果: {result}")

2. 使用 assert 断言

assert 语句用于在程序中添加检查点，确保程序状态符合预期。当条件不满足时触发 AssertionError。

def divide(a, b):

    assert b != 0, "除数不能为零"

    return a / b

print(divide(10, 2))

print(divide(10, 0))  # 触发断言错误

3. 使用 logging 模块记录日志

logging 模块可以将程序的运行状态记录到文件中，便于后续分析和调试。

import logging

logging.basicConfig(filename='app.log', level=logging.DEBUG)

def add(a, b):

    logging.info(f"计算: {a} + {b}")

    return a + b

add(5, 10)

4. 使用 Python 调试器（pdb）

pdb 是 Python 自带的调试工具，可以逐行执行代码，查看和修改变量。

import pdb

def divide(a, b):

    pdb.set_trace()

    return a / b

divide(10, 2)

运行程序后，输入 n 执行下一步，输入 p 变量名 查看变量值，输入 q 退出调试。

5. 使用 IDE 调试器

在 PyCharm、VS Code 等 IDE 中内置了强大的调试工具，支持断点、逐行执行和变量查看，使调试过程更加直观和高效。

六、实战项目：实现一个简单的计算器

需求描述：编写一个简易计算器，能够进行加减乘除运算，并在发生错误时友好提示用户。

def calculate(a, b, operator):

    try:

        if operator == '+':

            return a + b

        elif operator == '-':

            return a - b

        elif operator == '*':

            return a * b

        elif operator == '/':

            return a / b

        else:

            raise ValueError("无效的运算符")

    except ZeroDivisionError:

        return "除数不能为零"

    except ValueError as e:

        return f"错误: {e}"

a = int(input("输入第一个数字: "))

b = int(input("输入第二个数字: "))

operator = input("输入运算符 (+, -, *, /): ")

result = calculate(a, b, operator)

print(f"计算结果: {result}")

七、课后练习

1. 编写一个程序，读取用户输入的文件名，尝试打开文件，如果文件不存在则提示用户重新输入。

2. 实现一个函数，接收一个整数列表，返回列表中第二大的数字，添加异常处理防止空列表或非整数元素。

3. 使用 logging 模块记录一个程序运行过程中的关键节点，包括开始、处理和结束信息。

总结

通过本节课程，我们学习了 Python 异常处理的基础知识和调试技巧。良好的异常处理机制可以显著提升程序的稳定性和用户体验，而调试工具的使用能够帮助我们更快地定位和解决问题。

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