一、异常基础

1. 定义：程序在编写或运行期间产生的错误。

   • 编写时的异常（如语法错误）：必须解决。
   • 运行时的异常（多由数据导致）：可处理也可不处理。

2. 异常类体系：

   • BaseException：所有异常的父类。
   • 常用子类：Exception（多数异常基于此类）。

3. 常见异常类型：

   • SyntaxError：语法错误（编写时）。
   • NameError：标识符错误（变量未定义等）。
   • TypeError：类型错误（运算时传入类型不匹配）。
   • KeyError：键错误（字典中键不存在）。
   • ValueError：值错误（值不符合预期，如int('a')）。
   • IndexError：索引错误（列表索引越界）。
   • ZeroDivisionError：除数为 0 错误。
   • ArithmeticError：算术错误（ZeroDivisionError的父类）。
   • StopIteration：迭代器异常（迭代结束后继续访问）。
   • RecursionError：递归异常（递归深度超限）。

二、异常传播机制

• 当程序产生异常时，默认将异常抛给上层调用者，并终止当前程序。
• 若上层未处理，继续向上传播，直至 Python 解析器：解析器输出异常栈（先进后出）并强制终止程序。
• 若上层处理了异常，则异常不再传播，程序可继续执行。

示例：

def a():
    print("-----a-----")
    b()  # 调用b，若b出错则抛给a
    print("-----a结束-----")

def b():
    print("-----b-----")
    print(3/0)  # 产生ZeroDivisionError
    print("-----b结束-----")

a()  # 异常从b传到a，再传到解析器，程序终止

三、异常处理机制（try-except）

用于捕获并处理可能产生异常的代码，避免程序终止。

基本语法：

try:
    # 可能产生异常的代码
except 异常类型1 as e:
    # 处理异常类型1的逻辑（e为异常对象，可获取原因）
except 异常类型2 as e:
    # 处理异常类型2的逻辑
...

扩展用法：

1. 捕获多种异常（同处理逻辑）：用元组包含多个异常类型。

   try:
       a = int(input("输入数字："))
       b = int(input("输入数字："))
       print(a/b)
   except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
       print(f"异常已处理：{e}")  # 同时处理值错误和除0错误
   

2. 捕获所有异常：

   • 用Exception（推荐，覆盖多数异常）或BaseException。
   • 若省略异常类型，可处理所有异常，但无法直接获取异常原因（需通过sys.exception()或traceback）。

3. 保留异常栈信息：使用traceback.print_exc()打印详细异常栈。

   from traceback import print_exc
   
   try:
       1/0
   except:
       print_exc()  # 输出完整异常栈
   

四、try-except-else

• else块：当try中代码无异常时执行。

示例：

try:
    a = int(input("数字1："))
    b = int(input("数字2："))
    print(a/b)
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print(f"异常：{e}")
else:
    print("程序执行完毕（无异常）")  # 无异常时执行

五、try-except-finally

• finally块：无论try中是否产生异常，一定会执行（前提是try代码被执行）。
• 用途：释放资源（如关闭文件、数据库连接）。

示例：

f = None
try:
    f = open("file.txt")
    f.read()
except:
    print("读取错误")
finally:
    if f:  # 确保文件关闭
        f.close()

• 特殊情况：finally中修改返回值的影响（引用类型会生效，值类型不生效）：

  def test1():
      a = [10]
      try:
          return a
      finally:
          a[0] += 10  # 列表是引用类型，返回值会变为[20]
  
  def test2():
      a = 10
      try:
          return a
      finally:
          a += 10  # 整数是值类型，返回值仍为10
  

六、自定义异常类

• 用途：包装官方异常或定义业务特定异常。
• 实现：继承已知异常类（推荐Exception）。

示例：

class ServiceError(Exception):
    """业务异常类"""
    pass

class QikuException(Exception):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super().__init__(*args, **kwargs)  # 调用父类构造

# 使用：捕获官方异常后抛出自定义异常
try:
    3/0
except ZeroDivisionError as e:
    raise ServiceError(f"业务错误：{e}")  # 抛出ServiceError

七、断言（assert）

• 语法：assert 条件, 消息
• 逻辑：若条件为True，程序继续；若为False，抛出AssertionError，异常信息为 “消息”。

示例：

b = 10 / 3
assert isinstance(b, int), "b必须是整数"  # 条件为False，抛出AssertionError

八、日志模块（logging）

• 作用：记录系统运行信息，用于追踪和排查问题。
• 可根据环境配置日志级别（开发环境多日志，生产环境少日志）。

1. 日志级别（从低到高）

• DEBUG：调试信息（级别最低，输出最多，包含所有级别）。
• INFO：通知信息（业务流程日志，输出INFO及以上级别）。
• WARNING：警告信息（输出WARNING及以上级别）。
• ERROR：错误信息（级别最高，仅输出ERROR）。

2. 输出目的地

• 控制台（console）、文件（file）、邮件（email）、数据库（db）等。

3. 输出格式参数

• %(levelname)s：日志级别。
• %(asctime)s：日志产生时间。
• %(pathname)s：调用日志的源文件完整路径。
• %(filename)s：调用日志的源文件名。
• %(lineno)d：调用日志的源代码行号。
• %(message)s：日志消息内容。

 

一、异常处理练习题

1. 数字转换异常处理

题目：编写程序，要求用户输入一个数字并转换为整数。若输入非数字，捕获ValueError并打印错误消息。

解答：

try:
    a = int(input("输入一个数字："))
except ValueError as e:
    print("输入的不是数字", str(e))

2. 列表索引异常处理

题目：创建含数字的列表，尝试访问索引为 10 的元素。捕获IndexError并打印适当消息。

解答：

try:
    ls = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
    print(ls[10])
except IndexError as e:
    print('未找到该索引位置对应的值', str(e))

3. 除法除零异常处理

题目：要求用户输入两个数字并相除。捕获ZeroDivisionError，若发生则提醒 “不能除以零”。

解答：

from traceback import print_exc

try:
    a = int(input('请输入被除数：'))
    b = int(input('请输入除数:'))
    c = a / b
except ZeroDivisionError as e:
    print_exc()  # 打印异常栈
    print('除数不能为0')

4. 列表元素转整数异常处理

题目：创建含字符串的列表，尝试将每个元素转为整数。捕获ValueError并打印错误消息。

解答：

from traceback import print_exc

try:
    ls = [1, 2, 'string', 2, 3, '122']
    ls = [int(x) for x in ls]  # 列表推导式转换
except ValueError as e:
    print_exc()  # 打印异常栈
    print('存在不能转化成整数的类型！')

5. 多异常（索引 + 键）处理

题目：创建含字典的列表，尝试访问索引为 5 的元素的键 "name"。捕获IndexError和KeyError，分别打印消息。

解答：

from traceback import print_exc

try:
    ls = [1, 2, 3, 4, 5, 6, {'age': 12}]
    print(ls[10])  # 可能触发IndexError
    print(ls[5]['name'])  # 可能触发KeyError
except (IndexError, KeyError) as e:
    print(f"发生错误: {type(e)}")
    print(f"错误详情: {e}")

6. 索引类型异常处理

题目：创建含数字的列表，尝试访问索引为 "abc" 的元素。捕获TypeError并打印消息。

解答：

try:
    ls = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 'abcd']
    print(ls['abc'])  # 字符串索引非法（列表索引需为整数）
except TypeError as e:
    print('索引格式错误', str(e))

7. 平方根计算异常处理

题目：要求用户输入数字并计算平方根。捕获ValueError（非数字输入）和ArithmeticError（负数开方），分别打印消息。

解答：

try:
    a = int(input("请输入一个数字："))
    if a < 0:
        raise ArithmeticError("负数不能开方")  # 主动抛出算术异常
    print(a ** 0.5)
except ValueError as e:
    print(f"输入的不是一个数字, {e}")
except ArithmeticError as e:
    print(f"算数异常，{e}")

8. 倒数计算异常处理

题目：创建含整数的列表，尝试计算每个元素的倒数。捕获ZeroDivisionError并提醒 “不能除以零”。

解答：

from traceback import print_exc

try:
    ls = [0, 100, 200, 300, 500, 10, 20, 1]
    ls = [1 / x for x in ls]  # 列表推导式计算倒数
except ZeroDivisionError:
    print_exc()  # 打印异常栈
    print('不可以除以0！！')

9. 带重试机制的网页内容获取

题目：编写open_url函数，接收网址并获取文本内容（用requests库）。要求：读取时若产生错误，最多重试 3 次。

解答：

import requests

def open_url(url: str, headers: dict, retry: int = 3):
    """获取指定网址返回的文本内容，最多重试retry次"""
    i = 0
    while i < retry:
        try:
            response = requests.get(url, headers=headers)
            text = response.text
            print(text)  # 打印网页内容
            return text
        except:
            i += 1
            print(f'第{i}次出现错误')  # 记录重试次数
    return None  # 重试耗尽仍失败，返回None

if __name__ == '__main__':
    url = "https://www.example.com"
    headers = {"User-Agent": "Mozilla/5.0"}  # 模拟浏览器请求头
    result = open_url(url, headers)

二、令牌生成与验证问题

题目要求

1. 生成令牌函数generator_remember_token(username, password, key, duration)：

   • 令牌规则：base64(<username>:<timestamp>:md5(<username>:<timestamp>:<key>:<password>))
   • 其中timestamp为令牌过期时间戳（当前时间 + 有效时长duration，精确到秒）。

2. 验证令牌函数check_remember_token(token, username, password, key)：

   • 验证规则：
     1. 令牌中的用户名必须与传入的username一致；
     2. 验证令牌中的 MD5 值，确保密码匹配；
     3. 检查时间戳是否过期（当前时间≤过期时间戳）。

解答代码

import base64
import hashlib
import time

def generator_remember_token(username, password, key, duration):
    """生成令牌：按规则编码用户名、过期时间戳和加密信息"""
    now = int(time.time())  # 当前时间戳（秒）
    timestamp = now + duration  # 过期时间戳 = 当前时间 + 有效时长
    # 生成MD5加密串：拼接用户名、时间戳、密钥、密码后加密
    md5_str = hashlib.md5(f"{username}:{timestamp}:{key}:{password}".encode()).hexdigest()
    # 拼接用户名、时间戳、MD5串，再Base64编码
    token_str = f"{username}:{timestamp}:{md5_str}"
    token = base64.b64encode(token_str.encode())  # Base64编码（字节类型）
    return token

def check_remember_token(token, username, password, key):
    """验证令牌：检查用户名、密码匹配性和时效性"""
    # 解码令牌：Base64解码后转字符串
    token_decoded = base64.b64decode(token).decode()
    # 拆分令牌为：用户名、时间戳、MD5串
    parts = token_decoded.split(':')
    if len(parts) != 3:
        raise Exception("令牌格式错误")  # 格式异常处理
    
    token_username, token_timestamp, token_md5 = parts
    current_time = int(time.time())  # 当前时间戳
    
    # 1. 验证用户名一致
    if token_username != username:
        raise Exception('用户名错误！')
    
    # 2. 验证时间戳未过期
    if current_time > int(token_timestamp):
        raise Exception('令牌已过期！')
    
    # 3. 验证MD5值（密码和密钥匹配）
    expected_md5 = hashlib.md5(f"{username}:{token_timestamp}:{key}:{password}".encode()).hexdigest()
    if expected_md5 != token_md5:
        raise Exception("密码或密钥不匹配")
    
    return True  # 所有验证通过

if __name__ == "__main__":
    # 示例测试
    username = "user1"
    password = "password123"
    key = "secretkey"
    duration = 5  # 令牌有效时长5秒
    
    # 生成令牌
    token = generator_remember_token(username, password, key, duration)
    print(f"生成的令牌: {token}")
    
    # 等待10秒（超过有效时长，测试过期逻辑）
    time.sleep(10)
    
    # 验证令牌
    try:
        is_valid = check_remember_token(token, username, password, key)
        print(f"令牌有效: {is_valid}")
    except Exception as e:
        print(f"验证失败: {e}")  # 预期输出"验证失败: 令牌已过期！"