探索Python异常世界：玩转异常、模块与包

╰半橙微兮° 2024-03-23 20:12 9阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  一 异常概念
 *  二 异常的捕获方法
 *   *  2.1 捕获异常的原因
     *  2.2 捕获常规异常
     *  2.3 捕获指定异常
     *  2.4 捕获多个异常
     *  2.5 捕获异常并输入异常信息
     *  2.6 捕获所有异常
     *  2.7 异常else
     *  2.8 异常finally
 *  三 异常的传递
 *  四 python模块
 *   *  4.1 模块的导入方式
     *  4.2 自定义模块
     *  4.3 测试模块
     *  4.4 注意事项
     *  4.5 \`\_\_all\_\_\`
 *  五 python包
 *   *  5.1 python包认识
     *  5.2 快速上手
     *  5.3 导入包方式简述
     *  5.4 导入包方式补充
 *  六 第三方包
 *   *  6.1 第三方包概述
     *  6.2 第三方包管理命令
     *  6.3 pip全局配置国内镜像网站
     *  6.4 pip指定网站下载包
     *  6.5 PyCharm配置镜像网站
     *  6.6 PyCharm安装第三方包

## 一 异常概念 ##

*  bug单词的诞生  
    1945年9月9日，下午三点，马克二型计算机无法正常工作了，技术人员试了很多办法，最后定位到第70号继电器出错。负责人哈珀观察这个出错的继电器，发现一只飞蛾躺在中间，已经被继电器打死。她小心地用摄子将蛾子夹出来，用透明胶布帖到“事件记录本”中，并注明“第一个发现虫子的实例。”自此之后，引发软件失效的缺陷，便被称为Bug。
 *  bug就是指异常的意思，因为历史因为小虫子导致计算机失灵的案例，所以延续至今，bug就代表软件出现错误。

![在这里插入图片描述][b218097eb2b44860b019e69979159b95.png]

*  在Python中，异常是指在程序运行过程中出现的错误或异常情况，它们可以打破正常的程序流程。
 *  **Python提供了异常处理机制，使得程序在遇到异常时能够优雅地处理错误，避免程序崩溃。**

## 二 异常的捕获方法 ##

### 2.1 捕获异常的原因 ###

*  世界上没有完美的程序，任何程序在运行的过程中，都有可能出现：异常，也就是出现bug导致程序无法完美运行下去。
 *  我们要做的，不是力求程序完美运行，而是在力所能及的范围内，对可能出现的bug，进行提前准备、提前处理。这种行为称之为：**异常处理（捕获异常）**
 *  捕获异常的作用在于：**提前假设某处会出现异常，做好提前准备，当真的出现异常的时候，可以有后续手段。**

### 2.2 捕获常规异常 ###

基本语法：

try:
        可能发生错误的代码
    except:
        如果出现异常执行的代码

*  演示：尝试以`r`模式打开文件，如果文件不存在，则以`w`方式打开。
    
        try:
            f = open('linux.txt', 'r')
        except:
            f = open('linux.txt', 'w')

### 2.3 捕获指定异常 ###

try:
        print(name)
    except NameError as e:
        print('name变量名称未定义错误')

① **如果尝试执行的代码的异常类型和要捕获的异常类型不一致，则无法捕获异常**  
② **一般try下方只放一行尝试执行的代码**

*  **常见的Python异常以及如何处理方法**：

1.  **SyntaxError（语法错误）**：这种异常是在代码中有语法错误时引发的，例如拼写错误、缺少冒号等。
    
        if x > 10  # 缺少冒号
2.  **IndentationError（缩进错误）**：这种异常是由于代码的缩进不正确而引发的，Python通过缩进来表示代码块。
    
        def my_function():
        print("Hello, World!")  # 缩进不正确
3.  **NameError（名称错误）**：当尝试使用一个未定义的变量或函数时，会引发这种异常。
    
        print(undefined_variable)  # 未定义的变量
4.  **TypeError（类型错误）**：当操作应用于错误类型的对象时，会引发这种异常。
    
        x = "5"
        y = 10
        result = x + y  # 不能将字符串和整数相加
5.  **ValueError（值错误）**：当函数接收到一个正确类型但是无效的值时，会引发这种异常。
    
        int("abc")  # 无效的整数转换
6.  **IndexError（索引错误）**：当使用无效的索引访问序列（如列表或字符串）中的元素时，会引发这种异常。
    
        my_list = [1, 2, 3]
        print(my_list[5])  # 无效的索引
7.  **FileNotFoundError（文件未找到错误）**：当尝试打开不存在的文件时，会引发这种异常。
    
        with open("nonexistent_file.txt", "r") as f:
            content = f.read()

*  为了处理异常，可以使用`try`和`except`语句块。`try`块用于包含可能引发异常的代码，而`except`块用于定义在异常发生时要执行的代码。
    
        try:
            # 可能引发异常的代码
            result = x / y
        except ZeroDivisionError:
            print("除数不能为零")
        except TypeError as e:
            print(f"类型错误：{
                e}")
        except Exception as e:
            print(f"发生了其他异常：{
                e}")
        else:
            print("没有发生异常时执行的代码")
        finally:
            print("无论是否发生异常都会执行的代码")
 *  `try`块中的代码将被执行，如果引发了特定类型的异常，将会跳转到相应的`except`块。如果没有发生异常，将会执行`else`块中的代码。无论是否发生异常，`finally`块中的代码都会执行。

### 2.4 捕获多个异常 ###

*  当捕获多个异常时，可以把要捕获的异常类型的名字，放到except 后，并使用元组的方式进行书写。

try:
        print(1/0)
    except (NameError, ZeroDivisionError):
        print('ZeroDivision错误...')

*  也可以使用多个except语句来捕获不同类型的异常

try:
        x = int(input("请输入一个整数: "))
        result = 10 / x
    except ZeroDivisionError:
        print("除数不能为零")
    except ValueError:
        print("请输入有效的整数")
    except Exception as e:
        print(f"发生了其他异常：{
          e}")
    else:
        print(f"结果是: {
          result}")
    finally:
        print("程序执行结束")

### 2.5 捕获异常并输入异常信息 ###

try:
        print(num)
    except (NameError, ZeroDivisionError) as e:
        print(e)

### 2.6 捕获所有异常 ###

try:
        print(name)
    except Exception as e:
        print(e)

### 2.7 异常else ###

*  else表示的是如果没有异常要执行的代码。

try:
        print(1)
    except Exception as e:
        print(e)
    else:
        print('我是else，是没有异常的时候执行的代码')

### 2.8 异常finally ###

*  finally表示的是无论是否异常都要执行的代码，例如关闭文件。

try:
        f = open('test.txt', 'r')
    except Exception as e:
        f = open('test.txt', 'w')
    else:
        print('没有异常，真开心')
    finally:
        f.close()

## 三 异常的传递 ##

*  异常是具有传递性的
 *  异常可以通过函数调用层级进行传递。当在一个函数内部发生异常，如果没有在函数内部处理该异常，它会被传递到调用该函数的地方。这个过程会一直持续，直到异常被处理或者到达程序的顶层，**如果在程序的顶层还没有处理异常，那么程序会终止并显示异常信息。**

**演示**

*  当函数func01中发生异常, 并且没有捕获处理这个异常的时候, 异常会传递到函数func02, 当func02也没有捕获处理这个异常的时候main函数会捕获这个异常, 这就是异常的传递性.  
    ![在这里插入图片描述][023de449e33f4394a237a624e7ec9465.png]
 *  利用异常具有传递性的特点, 当我们想要保证程序不会因为异常崩溃的时候, 就可以在main函数中设置异常捕获, 由于无论在整个程序哪里发生异常, 最终都会传递到main函数中, 这样就可以确保所有的异常都会被捕获

## 四 python模块 ##

*  在Python中，模块是一种组织和封装代码的方式。它允许将相关的功能、变量和类组织在一起，以便更好地管理和重用代码。
 *  Python中的每个文件都可以被看作是一个模块，文件名就是模块名，不过不包含扩展名。
 *  模块可以包含函数、变量、类和甚至可执行的代码。使用`import`语句来导入其他模块，以便在代码中使用模块中定义的功能。

1.  **创建模块**：要创建一个模块，只需创建一个以`.py`为后缀的Python文件，并在文件中编写代码。例如，创建一个名为`my_module.py`的文件，其中包含一些函数和变量。
2.  **导入模块**：使用`import`语句可以在你的代码中导入模块。你可以导入整个模块，也可以只导入其中的特定函数、变量或类。
    
        import my_module
        from my_module import my_function
3.  **使用模块成员**：一旦导入了模块，你就可以使用其中定义的函数、变量和类。
    
        import my_module
        
        result = my_module.my_function(10)
4.  **模块的别名**：你可以为导入的模块创建别名，以减少输入长度或解决命名冲突。
    
        import my_module as mm
        result = mm.my_function(10)
5.  **标准库模块**：Python附带了许多标准库模块，它们提供了各种各样的功能，例如处理文件、网络通信、日期时间等。你可以在Python官方文档中找到这些模块的详细信息。
6.  **第三方模块**：除了标准库外，还有许多第三方模块可以通过包管理工具如`pip`来安装和使用。这些模块可以用于各种任务，从数据分析到Web开发等。
7.  **模块的组织**：在大型项目中，模块的良好组织和命名是很重要的。通常，你可以将相关的功能放在同一个模块中，并使用目录结构来组织不同的模块。
8.  **模块文档字符串**：每个模块都可以有一个文档字符串（docstring），用于描述模块的功能和使用方法。这对于理解模块的作用非常有帮助。

### 4.1 模块的导入方式 ###

1.  **完整导入**：使用`import`语句导入整个模块，并使用模块名来访问其中的成员。
    
        import module_name
        
        result = module_name.function_name(argument)
2.  **选择性导入**：使用`from ... import ...`语句只导入模块中的特定成员，而不是整个模块。这样可以减少输入的长度，但需要注意避免命名冲突。
    
        from module_name import function_name
        
        result = function_name(argument)
3.  **导入所有**：使用`from ... import *`语句导入模块中的所有成员。这种方式容易引起命名冲突和可读性问题，因此**不推荐使用**。
    
        from module_name import *
        
        result = function_name(argument)
4.  **模块的别名**：为导入的模块创建别名，以减少输入长度或解决命名冲突。
    
        import module_name as mn
        
        result = mn.function_name(argument)
5.  **导入多个成员**：使用逗号分隔可以同时导入多个成员。
    
        from module_name import function1, function2, variable
6.  **导入整个模块并取部分成员**：同时导入整个模块，但只使用其中的一些特定成员。
    
        from module_name import function1, function2 as f2

### 4.2 自定义模块 ###

创建自定义模块是将一组相关的函数、类和变量组织在一个文件中，以便在项目中重复使用。下面是创建和使用自定义模块的基本步骤：

1.  **创建模块文件**：创建一个以`.py`为后缀的文件，该文件将成为自定义模块。在文件中定义函数、类和变量
    
     *  创建一个名为`my_module.py`的文件，其中包含以下内容：
    
        def greet(name):
            return f"Hello, {
                name}!"
        
        def calculate_square(x):
            return x ** 2
        
        PI = 3.14159
2.  **导入自定义模块**：在其他Python文件中，可以使用`import`语句导入自定义模块
    
        import my_module
        
        print(my_module.greet("Alice"))
        print(my_module.calculate_square(5))
        print(my_module.PI)
3.  **使用模块中的内容**：一旦你导入了自定义模块，就可以使用模块中定义的函数、类和变量
4.  **导入特定成员**：如果只想导入模块中的某些特定成员，可以使用`from ... import ...`语句
    
        from my_module import greet, PI
        
        print(greet("Bob"))
        print(PI)
5.  **使用模块别名**：如果模块名过长或可能引起命名冲突，可以为导入的模块创建别名。
    
        import my_module as mm
        
        print(mm.greet("Charlie"))

### 4.3 测试模块 ###

*  在实际开发中，当一个开发人员编写完一个模块后，为了让模块能够在项目中达到想要的效果，这个开发人员会自行在py文件中添加一些测试信息，例如，在my\_module1.py文件中添加测试代码test(1,1)
    
        def test(a, b):
            print(a + b)
        
        test(1, 1)
 *  问题  
    此时，无论是当前文件，还是其他已经导入了该模块的文件，在运行的时候都会自动执行`test`函数的调用
 *  解决方案
    
        def test(a, b):
            print(a + b)
        
        # 只在当前文件中调用该函数，其他导入的文件内不符合该条件，则不执行test函数调用
        if __name__ == '__main__':
            test (1, 1)

### 4.4 注意事项 ###

![在这里插入图片描述][3a229eec5f554a3592c56df6019e7b61.png]

*  当导入多个模块的时候，且模块内有同名功能. 当调用这个同名功能的时候，调用到的是后面导入的模块的功能

### 4.5 `__all__` ###

*  如果一个模块文件中有`__all__`变量，当使用`from xxx import *`导入时，只能导入这个列表中的元素  
    ![在这里插入图片描述][7850854a56f04e909d5cd419211600e7.png]

## 五 python包 ##

### 5.1 python包认识 ###

*  从物理上看，包就是一个文件夹，在该文件夹下包含了一个 **init**.py 文件，该文件夹可用于包含多个模块文件
 *  从逻辑上看，包的本质依然是模块  
    ![在这里插入图片描述][d2a5bce083a8473487b4edbb98e25b90.png]
 *  包的作用: **当模块文件越来越多时,包可以帮助我们管理这些模块, 包的作用就是包含多个模块，但包的本质依然是模块**

### 5.2 快速上手 ###

步骤如下:  
① 新建包`my_package`  
② 新建包内模块：`my_module1` 和 `my_module2`  
③ 模块内代码如下  
![在这里插入图片描述][ec4c9317d9c04ecda523222410d29e51.png]

*  my\_module1.py

def info_print1():
        print("我是模块1的功能函数代码")

*  my\_module2.py

def info_print2():
        print("我是模块2的功能函数代码")

*  Pycharm中的基本步骤:
    
     *  **注意：新建包后，包内部会自动创建`__init__.py`文件，这个文件控制着包的导入行为**  
        ![在这里插入图片描述][c31f18a7a218485c9f79539334012c70.png]

### 5.3 导入包方式简述 ###

1.  方式一：

import 包名.模块名
    
    包名.模块名.目标

from my_package import my_module1
    from my_package import my_module2
    
    my_module1.info_print1()
    my_module2.info_print2()

1.  方式二
    
     *  必须在`__init__.py`文件中添加`__all__ = []`，控制允许导入的模块列表

from 包名 import *

*  包下`__init__.py`

__all__ = ['my_module1']

# 通过__all__变量，控制import *
    from my_package import *
    my_module1.info_print1()
    my_module2.info_print2()

*  注意：`__all__`针对的是 `from ... import *` 这种方式对 `import xxx` 这种方式无效

--------------------

### 5.4 导入包方式补充 ###

在Python中，包（Package）是一种将相关的模块组织在一起的方式，以便更好地管理和组织代码。一个包是一个包含了一个特殊的`__init__.py`文件的目录，该目录下可以包含多个模块文件以及子包。

下面是一些导入包的方式：

1.  **导入整个包**：使用`import`语句导入整个包。导入包后，你可以使用包中的模块和子包。
    
        import my_package
        
        result = my_package.module_name.function_name(argument)
2.  **导入包中的模块**：使用`import`语句导入包中的特定模块。当导入了一个包中的模块，需要使用`包名.模块名`的方式访问模块。
    
        import my_package.module_name
        
        result = my_package.module_name.function_name(argument)
3.  **从包中导入模块**：使用`from ... import ...`语句从包中导入特定模块，这样可以减少输入的长度。
    
        from my_package import module_name
        
        result = module_name.function_name(argument)
4.  **从包中导入子包**：从包中导入子包，然后继续在子包中导入模块或子包。
    
        from my_package import sub_package
        
        result = sub_package.module_name.function_name(argument)
5.  **使用包别名**：为导入的包创建别名，以减少输入长度。
    
        import my_package as mp
        
        result = mp.module_name.function_name(argument)
6.  **从子包导入模块**：从子包中导入模块，类似于从顶级包导入。
    
        from my_package.sub_package import module_name
        
        result = module_name.function_name(argument)

## 六 第三方包 ##

### 6.1 第三方包概述 ###

*  在Python程序的生态中，有许多非常多的第三方包（非Python官方），可以极大的帮助我们提高开发效率，如：
    
     *  科学计算中常用的：numpy包
     *  数据分析中常用的：pandas包
     *  大数据计算中常用的：pyspark、apache-flink包
     *  图形可视化常用的：matplotlib、pyecharts
     *  人工智能常用的：tensorflow
 *  这些第三方的包，极大的丰富了Python的生态，提高了开发效率。但是由于是第三方，所以Python没有内置，所以需要安装才可以导入使用。

### 6.2 第三方包管理命令 ###

*  在Python中，安装第三方包可以通过使用包管理工具pip来完成。
 *  pip是Python的官方包管理工具，可以方便地下载、安装和管理各种第三方库和模块。以下是安装第三方包的步骤：

1.  **检查pip安装情况**：首先，确保你的Python环境已经安装了pip。你可以在终端中运行以下命令来检查：
    
        pip --version
2.  **安装第三方包**：使用以下命令来安装第三方包。将`package_name`替换为你要安装的包的名称。
    
        pip install package_name
    
    例如，要安装名为`requests`的包，可以运行：
    
        pip install requests
    
    pip将会自动从Python Package Index（PyPI）下载并安装所需的包及其依赖项。
3.  **指定包版本**：如果你想安装特定版本的包，可以在安装命令中指定版本号：
    
        pip install package_name==version
    
    例如：
    
        pip install requests==2.26.0
4.  **升级包**：要升级已安装的包到最新版本，可以使用以下命令：
    
        pip install --upgrade package_name
5.  **查看已安装的包**：你可以使用以下命令查看当前Python环境中已安装的包：
    
        pip list
6.  **卸载包**：如果要卸载一个已安装的包，可以使用以下命令：
    
        pip uninstall package_name

### 6.3 pip全局配置国内镜像网站 ###

*  由于访问国外服务器可能较慢，可以配置pip使用国内的镜像源，以提高安装速度。以下是配置pip使用国内镜像网站的步骤：

1.  **备份pip配置文件（可选）**：在进行配置之前，建议备份一下pip配置文件，以防止出现问题。配置文件一般位于用户主目录下的`.pip`文件夹中，名为`pip.conf`或`pip.ini`。
2.  **创建或编辑pip配置文件**：如果没有配置文件，可以在`.pip`文件夹中创建一个名为`pip.conf`的文件。如果已经存在，可以直接编辑该文件。
3.  **添加镜像源配置**：在配置文件中，添加以下内容来配置pip使用国内镜像网站。这里以使用清华大学的镜像源为例：
    
        [global]
        index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
    
     *  **阿里云镜像源**：
    
        [global]
        index-url = https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
    
     *  **华为云镜像源**：
    
        [global]
        index-url = https://mirrors.huaweicloud.com/repository/pypi/simple
    
     *  **豆瓣镜像源**：
    
        [global]
        index-url = https://pypi.doubanio.com/simple/
    
     *  **中国科学技术大学镜像源**：
    
        [global]
        index-url = https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/
    
     *  **腾讯云镜像源**：
    
        [global]
        index-url = https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple
4.  **保存配置文件**：保存配置文件并关闭。
5.  **测试配置**：运行pip命令来测试新的配置是否生效。例如，运行以下命令来安装一个包并观察是否使用了配置的镜像源：
    
        pip install package_name

### 6.4 pip指定网站下载包 ###

# 这里以清华大学镜像站为例
    pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple 包名称

### 6.5 PyCharm配置镜像网站 ###

![在这里插入图片描述][69526a48f9d94a28b8bd60aa7dc069dc.png]  
![在这里插入图片描述][6796909066da4659a5b802199326bcdf.png]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>镜像源名称</th> 
   <th>镜像源URL</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>清华大学镜像源</td> 
   <td>https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>阿里云镜像源</td> 
   <td>https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>华为云镜像源</td> 
   <td>https://mirrors.huaweicloud.com/repository/pypi/simple</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>豆瓣镜像源</td> 
   <td>https://pypi.doubanio.com/simple/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>中国科学技术大学镜像源</td> 
   <td>https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>腾讯云镜像源</td> 
   <td>https://mirrors.cloud.tencent.com/pypi/simple</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 6.6 PyCharm安装第三方包 ###

*  参看[Pycharm安装第三方库的超详细步骤][Pycharm]

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[Pycharm]: https://www.jb51.net/article/244428.htm