第8单元 异常与文件

第8单元异常与文件任务8.1猜数游戏任务8.2主干课程词语图学习目标知识目标技能目标素质目标

理解异常的概念，掌握捕获并处理异常的方法。

掌握raise语句和assert语句。

了解自定义异常的方法。

掌握文件夹的创建、删除等操作。

掌握与文件路径相关的操作。

了解文件打开操作模式及其含义。

掌握文件读取和写入的相关函数的使用方法。

能够在程序编写过程中捕获并处理异常。

能够根据需求在程序编写过程中使用raise语句或assert语句抛出并处理异常。

能够根据需要自定义异常，并配合raise语句抛出并处理异常。

能够创建、删除文件夹。

能够对文件路径进行获取、拆分和拼接等操作。

能够从文件中读取数据。

能够向文件中写入数据。

培养标准化的编码规范能力。

培养创新能力以及分析问题和解决问题的能力。

培养团队意识和沟通能力。教学内容任务8.1猜数游戏一、任务描述

使用海龟作图库turtle实现猜数游戏，在弹出的对话框中输入猜测的数字。如果输入数字太大则提示“遗憾，太大了！”如果输入数字太小则提示“遗憾，太小了！”；如果猜中则提示“预测{}次，你猜中了！”，需要给出猜测的次数；如果输入的不是整数则提示“输入内容必须为整数！”。运行效果如图所示。

二、相关知识1.错误与异常概述程序中也会遇到各种各样的问题，最常见的问题便是语法错误。语法错误:是指开发人员编写了不符合Python语法格式的代码所引起的错误。含有语法错误的程序运行后会抛出异常。a=int(input("请输入一个整数："))if(a%5==0)print('此数字为5的倍数！')缺少冒号在PyCharm中运行上述代码后，结果输出区显示了如下错误信息：C:\install\Anaconda3\python.exeD:/workspace/chapter09/test.pyFile"D:/workspace/chapter09/test.py",line2if(a%5==0)^SyntaxError:invalidsyntax错误所在行号错误类型错误信息错误具体位置二、相关知识一段语法格式正确的Python代码在运行时产生的错误称为逻辑错误。a=[3,4,6,7,4,3]foriinrange(7):print(a[i],end='')C:\install\Anaconda3\python.exeD:/workspace/chapter09/test.py346743Traceback(mostrecentcalllast):File"D:/workspace/chapter09/test.py",line3,in<module>print(a[i],end='')IndexError:listindexoutofrange二、相关知识若异常不被处理，默认会导致程序崩溃而终止运行。程序运行期间检测到的错误称为异常。二、相关知识所有的异常类都继承自基类BaseException。BaseException类中包含4个子类，其中子类Exception是大多数常见异常类的父类。二、相关知识Exception中常见的子类及其描述如下表所示。二、相关知识异常类型含义AssertionError当assert关键字后的条件为假时，程序运行会停止并抛出AssertionErrorSyntaxError语法错误FileNotFoundError未找到指定文件或目录AttributeError访问的对象属性不存在IndexError索引超出序列范围KeyError字典中查找一个不存在的关键字NameError尝试访问一个未声明的变量TypeError不同类型数据之间的无效操作ZeroDivisionError除法运算中除数为0二、相关知识2.异常处理

可以使用try-except语句捕获异常。try-except还可以与else、finally组合使用以实现强大的异常处理功能。（1）try-except

捕获异常try:

可能产生异常的代码块except[(Error1,Error2,...)[ase]]:

处理异常的代码块1except[(Error3,Error4,...)[ase]]:

处理异常的代码块2except

[Exception]:

处理其他异常解释器优先执行try子句中的代码。若try子句未产生异常，则忽略except子句中的代码。若try子句产生异常，则忽略try子句的剩余代码，转而执行except子句中的代码。如果程序发生的异常经try捕获并由except块处理完成，程序可以继续运行try:a=int(input("输入被除数："))b=int(input("输入除数："))c=a/bprint("您输入的两个数相除的结果是：",c)except(ValueError,ArithmeticError):print("程序发生了数字格式异常、算术异常之一")except:print("未知异常")print("程序继续运行")输入被除数：a程序发生了数字格式异常、算术异常之一程序继续运行二、相关知识每种异常类型都提供了如下属性和方法args：返回异常的错误编号和描述字符串。str(e)：返回异常信息，但不包括异常信息的类型。repr(e)：返回较全的异常信息，包括异常信息的类型。try:1/0exceptExceptionase:#输出异常的错误编号和详细信息print(e.args)print(str(e))print(repr(e))('divisionbyzero',)divisionbyzeroZeroDivisionError('divisionbyzero',)二、相关知识else子句与try-except语句连用时，其中的代码会在try子句未出现异常时执行。try:

可能出错的语句......except:

出错后的执行语句else:

未出错时的执行语句二、相关知识（2）try-except-else捕获异常try:result=20/int(input('请输入除数:'))print(result)exceptValueError:print('必须输入整数')exceptArithmeticError:print('算术错误，除数不能为0')else:print('没有出现异常')print("继续运行")finally子句与try-except语句连用时，无论try-except是否捕获到异常，finally子句中的代码都要执行。try:

可能出错的语句......except:

出错后的执行语句finally:

无论是否出错都会执行的语句二、相关知识（3）try-except-finally捕获异常try:a=int(input("请输入

a

的值:"))print(20/a)except:print("发生异常！")else:print("运行else块中的代码")finally:print("运行finally块中的代码")二、相关知识3.抛出异常(1)raise语句：raise语句后可以添加具体的异常类，从而引发相应的异常。raise[exceptionName[(reason)]]raise：单独一个raise语句raise异常类名称：raise后带一个异常类名称raise异常类名称(描述信息)：引发异常输出异常的描述信息raise语句引发的异常通常用try-except异常处理结构来捕获并进行处理。try:a=input("输入一个数：")#判断用户输入的是否为数字if(nota.isdigit()):raiseValueError("a必须是数字")exceptValueErrorase:print("引发异常：",repr(e))二、相关知识(2)assert语句：

assert断言语句用于判定一个表达式是否为真，如果表达式为True，不做任何操作，否则引发AssertionError异常。age=16

assertage>=18,'年龄必须大于18岁'表达式是assert语句的判定对象，参数通常是一个自定义异常或显示异常描述信息的字符串。二、相关知识assertexpression[,arguments]ifnotexpression:raiseAssertionError[(arguments)]Python允许程序开发人员自定义异常。自定义异常类的方法很简单，只需创建一个类，让它继承Exception类或其它异常类即可。classMyselfError(Exception):

pass#pass表示空语句，用于保证程序结构的完整性二、相关知识4.自定义异常try:

pass

raiseMyselfError("出错了！！！")exceptMyselfErrorase:

print(e)二、相关知识定义一个检测用户上传图片格式的异常类FileTypeError，在FileTypeError类的构造方法中调用其父类的__init__()方法并将异常信息作为参数。classFileTypeError(Exception):

def__init__(self,err='仅支持jpg/png/bmp格式'):

super().__init__(err)file_name=input("请输入上传图片的名称（包含格式）：")try:

iffile_name.split(".")[1]in["jpg","png","bmp"]:

print("上传成功！")

else:

raiseFileTypeError()exceptExceptionaserror:

print(error)三、任务分析

要实现本任务，首先需要随机生成1～100的整数，然后弹出提示框提示用户输入猜测的数字。如果输入的为非整数，需要做异常处理。由于猜数游戏通常需要多次尝试才能猜中，所以需要用循环语句。数字猜中后需要输出预测次数，所以需要定义一个变量来记录猜测的次数。四、任务实现（1）在PyCharm中，选择“File”→“NewProject…”，在弹出的对话框中将项目命名为“chapter08”，单击“Create”按钮，创建新项目。（2）在PyCharm中，右击左侧列表中的项目名称“chapter08”，选择“New”→“PythonFile”，在弹出的对话框中将文件命名为“8-1猜数游戏.py”，按“Enter”键，进入代码编辑界面。importrandomimportturtleturtle.hideturtle() #隐藏海龟turtle.title("猜数游戏") #设置标题turtle.color('red') #设置画笔颜色ft=("宋体",30) #设置字体和字号N=0#定义猜数次数的变量Set_number=random.randint(0,100) #生成随机数（3）在新建文件中完成代码基础框架的搭建。导入库，除了导入海龟作图库turtle，还要导入可能用到的random库，用于生成随机数。设置窗体标题，隐藏海龟，设置画笔颜色，设置字体和字号，定义记录猜测次数的变量，随机生成一个0～100的整数。四、任务实现（4）在弹出的对话框中提示用户输入数据。turtle库中用于输入数据的函数有textinput()和numinput()。numinput()函数在接收到非数字时会直接提示，但提示信息不够友好，故在此使用textinput()函数结合int()转换函数，再配合异常处理进行提示。try:#try-except语句用于实现异常处理Guess_number=int(turtle.textinput("猜数游戏","请输入猜测的数："))N=N+1except(NameError,ValueError):#捕捉NameError、ValueError两种异常turtle.write("输入内容必须为整数！",align='center',font=ft)Guess_number=int(turtle.textinput("猜数游戏","请重新输入猜测的数："))N=N+1#猜测次数加1四、任务实现（5）比较输入的数字与随机生成的数字，若不相等则判断是大还是小，这里采用raise语句抛出异常并使用try-except语句进行异常处理，之后再次输入新的数字，进入下一轮循环判断。while(Guess_number!=Set_number):try:ifGuess_number>Set_number:raiseException("遗憾，太大了!")elifGuess_number<Set_number:raiseException("遗憾，太小了!")exceptExceptionaserror:turtle.clear()turtle.write(str(error),align='center',font=ft)try:Guess_number=int(turtle.textinput("猜数游戏","请输入猜测的数："))N=N+1except(NameError,ValueError):turtle.clear()turtle.write("输入内容必须为整数！",align='center',font=ft)Guess_number=int(turtle.textinput("猜数游戏","请重新输入猜测的数："))N=N+1四、任务实现（6）循环结束表示已经猜中数字，输出预测次数。turtle.clear()turtle.write("预测{}次，你猜中了!".format(N),align='center',font=ft)turtle.mainloop()任务8.2主干课程名称词云图一、任务描述

词云图在Python世界里实现起来很简单，一起来探究一下。某研究项目对120所高职院校的大数据技术专业的主干课程名称进行收集，存储在5个文本文件中（file1.txt、file2.txt、file3.txt、file4.txt、file5.txt）。请将这5个文本文件合并成一个文件，并对主干课程名称进行统计分析然后绘制词云图，效果如图所示。

二、相关知识1.文件概述Python对文件的操作有很多种，大致分为以下两类。创建、删除、修改、设置权限等操作：作用于文件本身，属于系统级操作。写入、读取等操作：文件常用操作，作用于文件的内容，属于应用级操作。

其中，对文件的系统级操作功能单一，比较容易实现，可以借助Python中的标准库（如os库、sys库等），并调用库中的指定函数来实现。二、相关知识2.sys库sys库提供的函数和变量，用于操控Python的运行时环境。变量/函数说明sys.argv获取命令行参数表，该列表中的第一个元素表示程序自身所在的路径sys.version获取Python解释器的版本信息sys.path获取库的搜索路径，该变量的初始值为环境变量PYTHONPATH的值sys.platform返回操作系统平台的名称sys.exit()退出当前程序，可为该函数传递参数，以设置返回值或退出信息，正常退出时返回值为0二、相关知识importsysprint('输出argv变量值:')print(sys.argv)print('输出version变量值:')print(sys.version)print('输出path变量值:')print(sys.path)print('输出platform变量值:')print(sys.platform)输出argv变量值:['D:/workspace/chapter08/test.py']输出version变量值:3.9.6(default,Apr132021,15:08:03)[MSCv.191664bit(AMD64)]输出path变量值:['D:\\workspace\\chapter08',……'C:\\install\\Anaconda3\\lib……']输出platform变量值:Win64exit()函数：退出当前程序。importsyssys.exit('程序退出！')print('继续运行此行代码')二、相关知识3.os库以及文件/目录操作os库用于处理文件和目录等操作，如新建文件夹、删除文件、重命名文件、获取文件修改时间等。函数说明os.remove()删除文件os.rename()重命名文件/文件夹os.walk()生成目录树下的所有文件名os.chdir()改变目录os.mkdir()/makedirs()创建目录/多层目录os.rmdir()/removedirs()删除目录/多层目录os.listdir()列出指定目录中的文件列表，获取文件夹下的文件os.getcwd()获取当前工作目录os.chmod()改变目录权限os.path.basename()去掉目录路径，返回文件名os.path.dirname()去掉文件名，返回目录路径os.path.join()将分离的各部分组合成一个路径名os.path.split()返回(dirname(),basename())元组os.path.splitext()返回(filename,extension)元组os.path.getatime()\ctime()\mtime()返回最近访问时间/创建时间/修改时间os.path.getsize()返回文件大小os.path.exists()判断路径是否存在os.path.isabs()是否为绝对路径os.path.isdir()是否为目录os.path.isfile()是否为文件二、相关知识(1)文件重命名：os.rename()函数用于文件或文件夹的重命名，待命名的文件或文件夹必须已存在，否则解释器会报错。importosos.rename("file.txt","new_file.txt")(2)目录操作：os.mkdir()函数用于创建目录，os.path.exists()用来判断目录是否存在。importospath=input("请输入要创建的目录：")ifos.path.exists(path):#判断目录是否存在print("\""+path+"\"已存在！")else:os.mkdir(path)#创建目录print("目录创建成功！")创建目录二、相关知识删除目录：内置库shutil中的rmtree()函数可以删除目录。importosimportshutilprint(os.path.exists("D:/test")) #第1次判断目录是否存在并输出结果shutil.rmtree("D:/test") #删除目录print(os.path.exists("D:/test")) #第2次判断目录是否存在并输出结果获取目录的文件列表：os库的listdir()函数用于获取文件夹下的文件或文件夹名称的列表。importospath=r'D:\workspace'print(os.listdir(path))二、相关知识(3)文件路径操作：os库提供用于检测路径是否为绝对路径的isabs()函数，以及将相对路径转换为绝对路径的abspath()函数。importospath=r'D:\workspace'print(os.path.isabs(path)) #判断path是否为绝对路径并输出结果print(os.path.isabs("main.py"))print(os.path.abspath("main.py")) #将相对路径转换成绝对路径并输出结果获取当前路径：os库中的getcwd()函数用于获取当前工作目录。importosprint(os.getcwd()) #输出当前路径print(os.listdir(os.getcwd())) #输出目录下的所有文件检测相对路径和绝对路径二、相关知识路径的拆分与拼接：os.path.split(path)将路径拆分为“（目录路径，文件名）”，返回的是元组os.path.join(path1,path2,...)将参数中的各path进行组合类型。importosprint(os.path.split('D:\\pythontest\\ostest\\Hello.py'))print(os.path.split('.'))print(os.path.split('D:\\pythontest\\ostest\\'))print(os.path.split('D:\\pythontest\\ostest'))print(os.path.join('D:\\pythontest','ostest'))print(os.path.join('D:\\pythontest\\ostest','hello.py'))print(os.path.join('D:\\pythontest\\b','D:\\pythontest\\a'))二、相关知识4.文件操作

文件的应用级操作可以分为3步，即打开文件，对文件做读写操作，关闭文件，这3个步骤的顺序不能打乱。一个文件，必须在打开之后才能对其进行操作，并且在操作结束之后将其关闭。file_name：表示待打开文件的文件名。buffering:对文件操作时是否使用缓冲区encoding：表示文件的编码格式。mode：表示文件的打开模式。(1)打开和关闭文件：open()函数用于打开文件，该函数调用成功会返回一个文件对象。close()函数关闭文件。二、相关知识file=open(file_name[,mode='r'[,buffering=-1[,encoding=None]]])常用的文件打开模式有r、w、a、b、+，这些模式的含义分别如下：文件打开模式含义r以只读的方式打开文件，默认值。w以只写的方式打开文件。a以追加的方式打开文件。b以二进制方式打开文件。+以更新的方式打开文件。二、相关知识文件打开模式可搭配使用，如下表所示为常用的搭配。二、相关知识open()函数会创建file对象，file对象拥有很多函数。二、相关知识序号常用函数名描述1file.close()关闭文件。关闭后文件不能再进行读写操作2file.flush()刷新文件内部缓冲区，直接把内部缓冲区的数据写入文件，而不是被动等待输出缓冲区写入3file.read([size])从文件读取指定的字节数，如果未指定或size值为负数则读取所有内容4file.readline([size])读取整行，包括“\n”字符5file.readlines([sizeint])读取所有行并以列表返回，若碰到结束符EOF，则返回空字符串6file.seek(offset[,whence])移动文件读取指针到指定位置7file.tell()返回文件当前读取指针位置8file.truncate([size])从文件的首行首字符开始截断，截断文件为size个字符。若省略size表示从当前位置截断；截断之后后面的所有字符被删除。Windows系统下的换行符为2个字符9file.write(str)将字符串str写入文件，返回的是写入的字符数10file.writelines(sequence)向文件写入一个字符串列表sequence，如果需要换行则要自己加入换行符close()方法用于关闭文件，该方法没有参数，直接调用即可。文件对象.close()二、相关知识file=open('test.txt','r') #以只读方式打开文件file.close() #关闭文件file.read([size])参数size表示设置的读取数据的字节数，若该参数缺省，则一次读取指定文件中的所有数据。read()方法可以从指定文件中读取指定数据二、相关知识(2)从文件中读取数据file=open('test.txt','r’)#以只读方式打开文件print('读取两个字节数据')print(file.read(2)) #读取两个字节数据并输出file.close()file1=open('test.txt','r’)#以只读方式打开文件print('读取全部数据：')print(file1.read()) #读取全部数据并输出file1.close()#关闭文件每执行一次readline()方法便会读取文件中的一行数据。readline()方法可以从指定文件中读取一行数据，其语法格式如下：二、相关知识file.readline([size])file=open('test.txt','r’)#以只读方式打开文件print('读取一行数据')print(file.readline()) #读取一行数据并输出print('读取一行数据的前10个字符')print(file.readline(10)) #读取一行数据的前10个字符并输出file.close()readlines()方法在读取数据后会返回一个列表，该列表中的每个元素对应着文件中的每一行数据。readlines()方法可以一次读取文件中的所有数据，其语法格式如下：二、相关知识file.readlines()file=open('test.txt','r',encoding='utf-8')#以只读方式打开文件print('读取文件中的数据')print(file.readlines()) #读取文件中的数据并输出file.close() #关闭文件read()（参数缺省时）和readlines()方法都可一次读取文件中的全部数据，但这两种操作都不够安全。因为计算机的内存是有限的，若文件较大，read()和readlines()的一次读取便会耗尽系统内存。为了保证读取安全，通常多次调用read()方法，每次读取size字节的数据。二、相关知识通过write()方法向文件中写入数据，其语法格式如下。参数str表示要写入的字符串。若字符串写入成功，write()方法返回本次写入文件的长度。二、相关知识(3)向文件中写入数据file.write(str)file=open('test.txt','a+',encoding='utf-8')#以追加方式打开文件print(file.write('Helloworld!'))writelines()方法用于向文件中写入字符串序列，其语法格式如下：二、相关知识file.wirtelines([sequence])file=open('test.txt','a+',encoding='utf-8')#以追加方式打开文件file.writelines(['\nHelloworld!','Python'])tell()方法用于获取当前文件读写的位置，其语法格式如下:二、相关知识(4)文件的定位读取file.tell()file=open('test.txt','r',encoding='utf-8')#以只读方式打开文件print(file.read(10))#读取文件中的前10个字符并输出print(file.tell())#获取文件当前的读写位置并输出seek()方法用于设置当前文件读写位置，其语法格式如下：offset：表示偏移量，即读写位置需要移动的字节数；from：用于指定文件的读写位置，该参数的取值有：0、1、2，其中0表示在开始位置读写；1表示在当前位置读写；2表示在末尾位置读写。二、相关知识file.seek(offset［,from］)file=open('test.txt','r',encoding='utf-8')#以只读方式打开文件print('文件读取位置移动到开始位置偏移100个字节')file.seek(100,0) #从开始位置移动100个字节print('读取100个字节')print(file.read(100)) #读取100个字节并输出file.close()三、任务分析

wordcloud库是词云展示第三方库，以词语为基本单位，通过图形可视化的方式，更加直观和艺术的展示文本。要使用该库，首先使用“pipinstallwordcloud”命令安装。

在使用wordcloud库时，要先导入wordcloud库，然后使用wordcloud.WordCloud()函数创建一个词云对象。可以指定词云对象的字体、图片大小以及背景色等。WordCloud()函数的参数列表如表所示。三、任务分析参数描述举例width指定词云对象生成图片的宽度，默认为400像素。w=wordcloud.WordCloud(width=600)height指定词云对象生成图片的高度，默认为200像素。w=wordcloud.WordCloud(height=400)min_font_size指定词云对象中的最小字号，默认为4号。w=wordcloud.WordCloud(min_font_size=10)max_font_size指定词云对象中的最大字号，根据高度自动调节。w=wordcloud.WordCloud(max_font_size=20)font_step指定词云对象中字号的步进间隔，默认为1。w=wordcloud.WordCloud(font_step=2)font_path指定文本文件的路径，默认为None。w=wordcloud.WordCloud(font_path="msyh.ttc")max_words指定词云对象显示的最大单词数量，默认为200。w=wordcloud.WordCloud(max_words=20)stop_words指定词云对象的排除词列表，即不显示的单词列表。w=wordcloud.WordCloud(stop_words="Python")mask指定词云对象形状，默认为长方形，需要使用imread()函数。fromscipy.mscimportimreadmk=imread("pic.png")w=wordcloud.WordCloud(mask=mk)background_color指定词云对象图片的背景颜色，默认为黑色。w=wordcloud.WordCloud(background_color="white")三、任务分析

通过WordCloud()函数创建的词云对象常用的函数如下。w.generate()：向词云对象中加载文本，如w.generate("PythonandWordCloud")。w.to_file(filename)：将词云对象输出为图像文件，可使用PNG或JPG格式，如w.to_file("outfile.png")

通过词云对象的函数生成词云图时需要加载文本，本任务中的文本分布在5个文件中，所以需要将5个文件进行合并，可以先创建一个新文件，然后将5个文件的内容复制到新文件中，涉及文件的读取和写入。四、任务实现（1）在PyCharm中，选择“View”→“ToolWindows”→“Terminal”命令，打开“Terminal”工具，输入“pipinstallwordcloud”命令，按“Enter”键后开始下载并安装wordcloud库。（2）在PyCharm中，右击左侧列表中的项目名称“chapter08”，选择“New”→“PythonFile”，在弹出的对话框中将文件命名为“8-2大数据技术专业主干课程词云图.py”，按“Enter”键，进入代码编辑界面。（3）在新建文件中导入库，除了海龟作图库turtle，还有wordcloud词云图库。importturtleimportwordcloud四、任务实现（4）将5个文件合并成一个文件，使用try-except语句处理文件操作时可能出现的异常，文件读取、写入操作结束后需要关闭文件对象。#合并文件errstr=‘’ #定义变量errstr用于存储文件合并过程中的错误信息try: #使用try-except-finally结构处理文件读取异常#以写模式创建或打开文件对象file，如果参数对应的文件不存在则创建文件，否则从头开始写入

file=open("maincources.txt",mode='w+',encoding='utf-8')

foriinrange(1,6):#循环读取5个文件的内容，并写入参数对应的文件

try:

filename='file'