Exceptions and file I/O

异常捕获机制

Python 使用 try...except...else...finally 结构来处理运行时错误。

try:
    # 可能抛出异常的代码
    res = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    # 当捕获到特定异常时执行
    print("除数不能为0")
except (IndexError, KeyError) as e:
    # 捕获多种异常，并获取异常对象 e
    print(f"索引或Key错误: {e}")
else:
    # 【仅在】try 块没有抛出任何异常时执行
    print("一切正常")
finally:
    # 【无论如何】都会执行 (常用于关闭文件、释放锁)
    print("清理工作")

finally 的绝对执行权

finally 块具有极高的优先级。即使在 try 块中执行了 return, break 或 continue，finally 依然会在跳转前被执行。

Warning — 循环中的 finally 与 break

一个常见问题：break 是否会跳过 finally？答案是不会。

def test_loop():
    for i in range(3):
        try:
            if i == 1:
                print("即将 Break")
                break  # 准备跳出
        finally:
            print(f"Finally 执行: {i}")

test_loop()
# 输出顺序:
# Finally 执行: 0
# 即将 Break
# Finally 执行: 1  <-- 即使 break 了，finally 依然执行！

常见异常类型速查

根据报错信息判断异常类型。

异常类型	触发场景与示例
`ZeroDivisionError`	除数为 0。
	`1 / 0`, `1 % 0`
`IndexError`	序列索引越界 (List/Tuple/String)。
	`lst = [1]; lst[10]`
`KeyError`	字典中查找不存在的键。
	`d = {'a':1}; d['b']`
`ValueError`	类型正确但数值不合法。
	`int("abc")` (字符串不能转数字)
	`list.remove(x)` (删除不存在的元素)
`TypeError`	操作类型不匹配。
	`1 + "1"` (整数加字符串)
	`len(5)` (整数没有长度)
	`list((1))` (整数不可迭代，构造失败)
`AttributeError`	访问对象不存在的属性或方法。
	`[].add(1)` (列表没有 add 方法，只有 append)
`NameError`	使用了未定义的变量名。
	`print(undefined_var)`
`UnboundLocalError`	作用域陷阱：在函数内引用局部变量前对其赋值（导致全局屏蔽）。
	lstlisting[basicstyle=, numbers=none, frame=none]
x = 10
def f():
print(x) # 报错! Python发现下面有赋值，
x = 5 # 认为x是局部变量，但print时还没赋值
lstlisting
`AssertionError`	`assert` 语句失败时抛出。

断言 (Assertion)

用于调试和防御性编程，确保程序在某个特定状态下是正确的。如果条件为假，程序崩溃。

语法: assert expression [, message]
逻辑: 等价于：

if not expression:
    raise AssertionError(message)

def apply_discount(price, discount):
    # 确保价格和折扣合理，否则直接报错
    assert price >= 0, "Price cannot be negative"
    assert 0 <= discount <= 1, "Discount must be 0-1"
    return price * (1 - discount)

字节序列 (Byte Sequence)

在计算机底层，所有文件本质上都是字节。Python 提供了专门处理二进制数据的类型。

bytes (不可变): 语法: b'hello' 或 bytes([65, 66, 67])。只能包含 ASCII 字符或十六进制转义符 (如 \xff)。
意义: 用于处理二进制文件（图片、音频）或网络数据包。
转换: str.encode('utf-8') $\to$ bytes bytes.decode('utf-8') $\to$ str

打开与关闭 (Open & Close)

1. open() 函数

语法: f = open(file, mode='r', encoding='utf-8')

模式	说明
`'r'`	只读 (默认)。如果文件不存在抛出 `FileNotFoundError`。
`'w'`	只写。如果文件存在，先清空内容 (Truncate) 再写入；不存在则创建。
`'a'`	追加。写入的数据会被加到文件末尾。
`'b'`	二进制模式 (Binary)。如 `'rb'`, `'wb'`。读写对象为 `bytes` 而非 `str`。
`'+'`	更新模式 (读写)。如 `'r+'` (读写，不清除), `'w+'` (读写，先清除)。

Warning — ‘w’ 模式的危险性

使用 'w' 模式打开文件时，无论是否写入内容，原文件的内容都会立即被清空。如果只想修改部分内容或追加，请使用 'r+' 或 'a'。

2. with 语句 (Context Manager)

即使发生异常，也能保证文件被正确关闭。这是实战中的标准写法。

# 不推荐
f = open("data.txt", "r")
data = f.read()
f.close() # 如果上面出错，这行可能不执行 -> 资源泄露

# 推荐 (with)
with open("data.txt", "r") as f:
    data = f.read()
# 离开缩进块后，f.close() 会自动被调用

读写方法

假设文件对象为 f。

1. 读取 (Read)

f.read(size=-1): 读取整个文件（或指定 size 个字符/字节）。返回字符串。
f.readline(): 读取一行（包含末尾的 \n）。读到 EOF 返回空字符串 ''。
f.readlines(): 读取所有行，返回一个列表 ['Line1\n', 'Line2\n']。

Note — 最佳遍历方式

不要用 readlines() 遍历大文件（耗内存）。直接在文件对象上迭代：
for line in f:
    print(line.strip()) # 高效，逐行读取

2. 写入 (Write)

f.write(s): 将字符串 s 写入文件。返回写入的字符数。
f.writelines(lines): 将字符串列表写入文件。

Warning — writelines 不会自动换行

writelines 不会在每个元素后面自动添加换行符，需要手动处理。
lines = ["A", "B"]
f.writelines(lines) # 写入 "AB"
f.writelines([l + '\n' for l in lines]) # 写入 "A\nB\n"

指针操作与缓冲

f.tell(): 返回当前文件指针的位置 (字节偏移量)。
f.seek(offset, whence=0): 移动指针。
- whence=0: 从文件开头算 (默认)。
- whence=1: 从当前位置算 (仅二进制模式)。
- whence=2: 从文件末尾算 (仅二进制模式)。
- 常用: f.seek(0) (回到开头)。
f.flush(): 强制将缓冲区的数据写入硬盘，不关闭文件。