異常處理及程序調(diào)試課件

2022/11/221Python語言編程導(dǎo)論第十章異常處理與程序調(diào)試2022/10/111Python語言編程導(dǎo)論第十章異常內(nèi)容提要概述異常的處理調(diào)試使用自帶IDEL調(diào)試程序2022/11/222內(nèi)容提要概述2022/10/112一、概述在程序執(zhí)行過程中，遇到出錯情況在所難免。有些錯誤可以預(yù)料，可在程序處理中考慮進(jìn)去；有些錯誤是意料之外的，例如，若在讀取文件其間，計算機(jī)上的其他程序已將其刪除，如何處理？若程序從網(wǎng)站下載網(wǎng)頁時，該網(wǎng)站突然崩潰，如何處理？Python采用的措施是引發(fā)異常。異常是一種特殊的錯誤對象，程序可以捕獲并檢查它們，以決定如何處理錯誤。異常可能改變程序的控制流程。根據(jù)發(fā)生的時機(jī)，異常可能導(dǎo)致執(zhí)行流程跳出函數(shù)或進(jìn)入處理錯誤的代碼塊。通常，我們無法確定哪一行可能引發(fā)異常，Python提供了一個特殊的異常處理結(jié)構(gòu)，可用于捕獲異常，并確保無論是否出現(xiàn)異常都將執(zhí)行清理代碼。2022/11/223一、概述在程序執(zhí)行過程中，遇到出錯情況在所難免。有些錯誤可以常見的異常類型：SyntaxError：Python不能理解程序NameError：局部或全局變量名找不到AttributeError：屬性引用失敗IndexError：索引引用越界TypeError：操作數(shù)的類型不正確ValueError：操作數(shù)類型正確，但值非法ZeroDivisionError：被零除FileNotFoundError：文件未找到IOError：IOsystem報告故障2022/11/224常見的異常類型：SyntaxError：Python不能理例如：試圖存取列表上界之外的元素將引發(fā)IndexError如：Test=[1,2,3]Test[4]試圖轉(zhuǎn)換不適當(dāng)?shù)念愋蛯⒁l(fā)TypeError如：int(Test)引用不存在的變量將引發(fā)NameError如：a不同的數(shù)據(jù)類型參加運(yùn)算而沒有強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換將引發(fā)TypeError如：‘a(chǎn)’/42022/11/225例如：試圖存取列表上界之外的元素將引發(fā)IndexError2如何處理異常？什么都不做：替換成缺省值，使程序繼續(xù)執(zhí)行Badidea！用戶可能會懷疑結(jié)果返回一個“error”值選擇一個什么樣的錯誤值？主調(diào)程序必須包含檢查這種特殊值和處理一系列錯誤的代碼停止執(zhí)行，發(fā)出錯誤條件信號在Python中即引發(fā)異常，捕獲異常并處理之2022/11/226如何處理異常？什么都不做：替換成缺省值，使程序繼續(xù)執(zhí)行202例9-1：傳統(tǒng)處理程序出錯及Python處理異常比較編寫函數(shù)getRatios(v1,v2)。假定參數(shù)v1、v2是等長的數(shù)字列表，要求返回一個列表，該列表包含v1[i]/v2[i]有意義的值。2022/11/227例9-1：傳統(tǒng)處理程序出錯及Python處理異常比較編寫函數(shù)使用傳統(tǒng)程序設(shè)計方法處理錯誤：2022/11/228使用傳統(tǒng)程序設(shè)計方法處理錯誤：2022/10/118調(diào)用及執(zhí)行：2022/11/229調(diào)用及執(zhí)行：2022/10/119使用Python異常處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)：2022/11/2210執(zhí)行：使用Python異常處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)：2022/10/1110執(zhí)對比之下，傳統(tǒng)處理錯誤方法的缺點(diǎn)顯而易見：程序難讀，因此難以維護(hù)和修改效率較低2022/11/2211對比之下，傳統(tǒng)處理錯誤方法的缺點(diǎn)顯而易見：程序難讀，因此難以二、異常的處理1、try…except的使用try…except語句用于處理問題語句，捕獲可能出現(xiàn)的異常。try子句中的代碼塊放置可能出現(xiàn)異常的語句，except子句中的代碼塊處理異常。當(dāng)異常出現(xiàn)時，Python會自動生成1個異常對象，該對象包括異常的具體信息，以及異常的種類和錯誤位置。2022/11/2212二、異常的處理1、try…except的使用2022/10/例如：試圖打開不存在的文件2022/11/2213說明：出現(xiàn)了FileNotFoundError異常例如：試圖打開不存在的文件2022/10/1113說明：出現(xiàn)例9-2：使用try…except捕獲FileNotFoundError異常2022/11/2214執(zhí)行結(jié)果：例9-2：使用try…except捕獲FileNotFoun又如：2022/11/2215同樣可以使用try…except語句來處理該異常。try…except語句后還可以添加1個else子句，當(dāng)try子句中的代碼發(fā)生異常時，程序直接跳轉(zhuǎn)到except子句；反之，程序?qū)?zhí)行else子句。又如：2022/10/1115同樣可以使用try…excep例9-3：捕獲并處理除數(shù)為0的ZeroDivisionError異常2022/11/2216執(zhí)行結(jié)果：例9-3：捕獲并處理除數(shù)為0的ZeroDivisionErr例9-4：異常處理的嵌套2022/11/2217執(zhí)行結(jié)果：例9-4：異常處理的嵌套2022/10/1117執(zhí)行結(jié)果：2、try…finally的使用try…except語句還可以添加1個finally子句，無論異常是否發(fā)生，finally子句都會被執(zhí)行。finally子句通常用于關(guān)閉因異常而不能釋放的系統(tǒng)資源。2022/11/22182、try…finally的使用try…except語句還可例9-5：使用try…finally處理異常2022/11/2219例9-5：使用try…finally處理異常2022/10/執(zhí)行情況：2022/11/2220執(zhí)行情況：2022/10/1120課堂練習(xí)一：課堂練習(xí)一2022/11/2221課堂練習(xí)一：課堂練習(xí)一2022/10/11213、使用raise拋出異常當(dāng)程序中出現(xiàn)錯誤時，Python會自動引發(fā)異常。另外，在程序的任何地方都可以使用raise語句故意引發(fā)異常。一旦執(zhí)行了raise語句，raise語句后的代碼將不被執(zhí)行。raise語句通常用于拋出自定義異常，因?yàn)樽远x異常并不在Python的控制范圍之內(nèi)，不會被Python自動拋出，應(yīng)使用raise語句手工拋出。2022/11/22223、使用raise拋出異常當(dāng)程序中出現(xiàn)錯誤時，Python會例9-6：使用raise拋出異常2022/11/2223執(zhí)行結(jié)果：例9-6：使用raise拋出異常2022/10/1123執(zhí)行4、自定義異常Python允許自定義異常，用于描述Python異常體系中沒有涉及的異常情況。自定義異常必須繼承Exception類。自定義異常按照命名規(guī)范以Error結(jié)尾，顯式地表示該類是異常類。自定義異常使用raise語句引發(fā)，且只能通過手工方式觸發(fā)。2022/11/22244、自定義異常Python允許自定義異常，用于描述Pytho例9-7：自定義異常2022/11/2225執(zhí)行結(jié)果：例9-7：自定義異常2022/10/1125執(zhí)行結(jié)果：5、assert語句的使用assert語句用于檢測某個條件表達(dá)式是否為真。assert語句又稱為斷言語句，即assert認(rèn)為檢測的表達(dá)式永遠(yuǎn)為真。if語句中的條件判斷都可以使用assert語句檢測。例如，檢測某個元組中元素的個數(shù)是否大于1，如果assert語言斷言失敗，會引發(fā)AssertionError異常。2022/11/22265、assert語句的使用assert語句用于檢測某個條件表例9-8：assert語句使用2022/11/2227執(zhí)行結(jié)果：例9-8：assert語句使用2022/10/1127執(zhí)行結(jié)在何處使用斷言？使用斷言的目的是為了盡早識別bug且清楚它們是在何處出現(xiàn)的在第一次碰到問題時就捕獲它，使調(diào)試更容易，而不是之后再追蹤不要將斷言用于測試之處，但可以作為測試的補(bǔ)充若用戶提供了錯誤輸入時應(yīng)盡可能依靠拋出異常去處理，而斷言常用于檢查參數(shù)或值的類型。2022/11/2228在何處使用斷言？使用斷言的目的是為了盡早識別bug且清楚它們6、多種異常的處理可在except子句中指定多種異常來處理多種異常；如果要分別處理不同的異常，可使用多個except子句；如果在except子句中沒有指定異常，它將捕獲所有異常。2022/11/22296、多種異常的處理可在except子句中指定多種異常來處理多例9-9：處理多種異常2022/11/2230例9-9：處理多種異常2022/10/1130執(zhí)行結(jié)果：2022/11/2231執(zhí)行結(jié)果：執(zhí)行結(jié)果：2022/10/1131執(zhí)行結(jié)果：課堂練習(xí)二：課堂練習(xí)二2022/11/2232課堂練習(xí)二：課堂練習(xí)二2022/10/1132三、調(diào)試如果總能寫出正確的代碼，并在第一次第一次測試時就能正確執(zhí)行，當(dāng)然很好。但實(shí)際編程過程中并不總是如此順利。如何測試代碼是否正確，常用的方法有：黑盒測試—通過特定規(guī)范執(zhí)行路徑白盒測試—通過代碼執(zhí)行路徑將調(diào)試作為一個搜索過程—使用二分查找的方法，分離并檢查錯誤來源2022/11/2233三、調(diào)試如果總能寫出正確的代碼，并在第一次第一次測試時就能正1、測試和調(diào)試在調(diào)試程序過程中我們需要一些方法：測試方法—使用不同的例子運(yùn)行代碼看其是否正確的方法調(diào)試方法—已經(jīng)發(fā)現(xiàn)程序中有問題，如何修正程序的方法2022/11/22341、測試和調(diào)試在調(diào)試程序過程中我們需要一些方法：2022/1何時進(jìn)行測試？何時進(jìn)行調(diào)試？實(shí)際上，如果我們能弄清楚如何設(shè)計代碼，那么測試和調(diào)試會更加簡單。優(yōu)秀的程序員會有這樣的經(jīng)驗(yàn)：將代碼分解成獨(dú)立的模塊，從而獨(dú)立地測試和調(diào)試；寫出好的文檔（寫明輸入、輸出的期望是什么；即使代碼沒有執(zhí)行對測試的限制，這種文檔也是有價值的）；記錄下可能的各種假設(shè)；2022/11/2235何時進(jìn)行測試？何時進(jìn)行調(diào)試？實(shí)際上，如果我們能弄清楚如何設(shè)計測試之前要完成的工作：確保代碼可以運(yùn)行剔除語法錯誤剔除靜態(tài)語義錯誤事實(shí)上，Python解釋器可以自動處理上述兩種錯誤準(zhǔn)備一套預(yù)期結(jié)果（即對于一個特定的輸入，期待會有怎樣的輸出）2022/11/2236測試之前要完成的工作：確保代碼可以運(yùn)行2022/10/1132、測試套件我們希望找到一系列輸入，它們很有可能暴露錯誤，且不會花太多時間，但卻十分有效，這就是所謂測試套件。將輸入分解為子集，為代碼正確性提供等效信息；構(gòu)造測試套件，其中至少包含每個子集的一個元素；運(yùn)行測試套件。2022/11/22372、測試套件我們希望找到一系列輸入，它們很有可能暴露錯誤，且例9-10：測試套件應(yīng)用輸入空間是所有的整數(shù)對可能的子集：x為正，y為正x為負(fù)，y為負(fù)x為正，y為負(fù)x為負(fù)，y為正x=0，y=0x=0，y!=0x!=0，y=02022/11/2238例9-10：測試套件應(yīng)用輸入空間是所有的整數(shù)對2022/10輸入空間的劃分原則：上例中當(dāng)然也可以有其他的輸入選擇，例如x是質(zhì)數(shù)，y不是；y是質(zhì)數(shù)，x不是；x和y都是質(zhì)數(shù)；x和y都不是質(zhì)數(shù)。但這與問題不相關(guān)。實(shí)際上輸入空間經(jīng)常具有自然邊界：如：整數(shù)有正、負(fù)、零值；根據(jù)這個觀點(diǎn)可以將測試數(shù)據(jù)劃分為9個子集（見上頁）：將x=0，y!=0劃分為x=0，y為正數(shù)和x=0，y為負(fù)數(shù)x!=0，y=0也同樣劃分2022/11/2239輸入空間的劃分原則：上例中當(dāng)然也可以有其他的輸入選擇，例如x測試方法：隨機(jī)測試—代碼的正確率隨測試次數(shù)的增加而增加；黑盒測試：在測試時，把程序看作一個不能打開的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，測試者在程序接口進(jìn)行測試，它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說明書的規(guī)定正常使用，程序是否能適當(dāng)?shù)亟邮蘸驼_的輸出白盒測試：是通過程序的源代碼進(jìn)行測試而不使用用戶界面。這種類型的測試需要從代碼句法發(fā)現(xiàn)內(nèi)部代碼在算法，溢出，路徑，條件等等中的缺點(diǎn)或者錯誤，進(jìn)而加以修正。2022/11/2240測試方法：隨機(jī)測試—代碼的正確率隨測試次數(shù)的增加而增加；203、黑盒測試測試套件的設(shè)計使人們無需查看代碼，其優(yōu)點(diǎn)為：編程者以外的其他人也可以使用其進(jìn)行測試；可以避免編程者潛在的偏見，使得發(fā)現(xiàn)錯誤更為容易；同一個測試套件可以被重復(fù)利用，即使改變了程序代碼。2022/11/22413、黑盒測試測試套件的設(shè)計使人們無需查看代碼，其優(yōu)點(diǎn)為：204、白盒測試使用代碼本身引導(dǎo)測試用例的設(shè)計；一個好的白盒測試套件，也被稱為窮舉路徑測試，代碼片段的每一個路徑至少都被檢測一次；當(dāng)然，即使是一個窮舉路徑測試也可能遺漏錯誤，這取決于例子的選擇。2022/11/22424、白盒測試使用代碼本身引導(dǎo)測試用例的設(shè)計；2022/10/例9-11：求某個數(shù)的絕對值（使用白盒測試）選擇測試套件{-2,2}，這是窮舉路徑；但是遺漏了檢測abs(-1)；測試的邊界應(yīng)該選擇{-2,-1,2}修改程序（ifx<=-1）2022/11/2243例9-11：求某個數(shù)的絕對值（使用白盒測試）選擇測試套件{-白盒測試的經(jīng)驗(yàn)法則：執(zhí)行所有if語句的兩條分支；確保每一個except語句被執(zhí)行；對于每一個for循環(huán)，需要測試以下情況：循環(huán)一次都未被執(zhí)行；循環(huán)體只被執(zhí)行一次；循環(huán)體被執(zhí)行一次以上對于每一個while循環(huán)，需要測試以下情況：與for循環(huán)測試相同還要測試所有退出循環(huán)的情況對于遞歸，要測試沒有遞歸、有一次遞歸和多次遞歸的情況。2022/11/2244白盒測試的經(jīng)驗(yàn)法則：執(zhí)行所有if語句的兩條分支；2022/15、將二分查找思路用于調(diào)試?yán)?-12：用二分查找思路調(diào)試判回文程序。2022/11/2245執(zhí)行情況：5、將二分查找思路用于調(diào)試?yán)?-12：用二分查找思路調(diào)試判回2022/11/2246執(zhí)行情況：錯誤肯定在此之前2022/10/1146執(zhí)行情況：錯誤肯定在此之前2022/11/2247執(zhí)行情況：說明silly(n)已經(jīng)沒問題，再去看isPal(x)2022/10/1147執(zhí)行情況：說明silly(n)已經(jīng)沒2022/11/2248錯誤肯定在此之前執(zhí)行情況：2022/10/1148錯誤肯定在此之前執(zhí)行情況：2022/11/2249執(zhí)行情況：說明錯誤在此之前2022/10/1149執(zhí)行情況：說明錯誤在此之前2022/11/2250執(zhí)行情況：應(yīng)將x的副