Python语言程序设计第12周：异常处理与程序调试实战

# 1. 异常处理入门
## 1.1 什么是异常
异常是在程序执行过程中出现的问题或错误情况，例如除以零、索引越界、文件不存在等。
## 1.2 Python中常见的异常类型
在Python中常见的异常类型包括NameError、TypeError、ValueError、ZeroDivisionError等。
## 1.3 异常处理的基本语法
Python中异常处理的基本语法为try-except块，可以捕获并处理异常，避免程序中断。示例代码如下：

try:
    # 可能会引发异常的代码
    result = 10 / 0  # 除以零会引发ZeroDivisionError
except ZeroDivisionError as e:
    # 发生异常时的处理代码
    print("发生异常：", e)
    # 其他异常类型的处理代码
finally:
    # 无论是否发生异常，都会执行的代码
    print("异常处理结束")

在上述示例中，除以零会引发ZeroDivisionError，try-except块捕获了该异常并输出错误信息，最终执行finally块中的代码。

# 2. 异常处理高级技巧

### 2.1 自定义异常类

Python中提供了丰富的内置异常类，但在实际开发中，有时需根据具体业务需求定义自己的异常类。

以下是一个示例代码，演示了如何自定义一个异常类：

class CustomException(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

    def __str__(self):
        return f"CustomException: {self.message}"
# 调用自定义异常类
try:
    raise CustomException("This is a custom exception.")
except CustomException as e:
    print(e)

**代码说明：**

- 自定义异常类需要继承自`Exception`类，并实现`__init__`和`__str__`方法。
- 在`__init__`方法中，通过`super().__init__(self.message)`调用父类的构造方法，并将传入的message作为异常信息进行初始化。
- `__str__`方法用于自定义异常信息的字符串表现形式。
- 在使用自定义异常类时，可以通过`raise`关键字抛出异常，并使用`except`关键字捕获并处理异常。

运行上述代码，输出结果如下：

CustomException: This is a custom exception.

### 2.2 异常捕获与处理的最佳实践

在实际开发中，如何捕获和处理异常是一个重要的问题。以下是一些异常捕获与处理的最佳实践：

1. 精确捕获异常：应尽量避免使用宽泛的`except`语句，而是使用具体的异常类型进行捕获。这有助于更好地定位和处理问题。

2. 处理特定的异常情况：对于可能出现的特定异常情况，可以单独处理，以提供更好的用户体验。例如，对于文件读取时的`FileNotFoundError`异常，可以给出更友好的提示信息。

3. 日志记录异常：在处理异常的同时，建议将异常信息记录到日志文件中，以供后续排查和分析。可以使用日志框架如`logging`实现高效的异常日志记录。

下面是一个示例代码，演示了异常捕获与处理的最佳实践：

import logging

# 配置日志记录
logging.basicConfig(filename='exception.log', level=logging.ERROR)

try:
    num1 = int(input("Enter the first number: "))
    num2 = int(input("Enter the second number: "))
    result = num1 / num2
    print(f"The result of division is: {result}")
except ValueError:
    print("Invalid input! Please enter valid numbers.")
except ZeroDivisionError:
    print("Cannot divide by zero! Please enter a non-zero number.")
except Exception as e:
    print("An error occurred during division. Please try again.")
    logging.error(str(e))

**代码说明：**

- 通过`logging.basicConfig`方法配置了日志记录，将日志信息写入名为`exception.log`的日志文件中，仅记录错误级别及以上的日志。
- 使用`try...except`语句捕获异常，并根据具体的异常类型进行处理和提示。
- 对于除了`ValueError`和`ZeroDivisionError`之外的其他异常类型，使用`Exception`类捕获并记录错误日志。

### 2.3 异常处理的性能考量

异常处理是一种控制流的转移，相比于常规代码执行而言，它具有较高的开销。在编写代码时，应该考虑异常处理的性能影响，并避免不必要的异常抛出。

以下是一些提高异常处理性能的技巧：

1. 避免过多的异常捕获：不要滥用异常处理机制，只在真正需要处理异常的地方使用`try...except`语句。

2.