2.4 Python 異常處理與函數

本節要點

課前準備

檢查pip命令

在 cmd 輸入 pip 或終端中輸入 pip 或 pip3 ，會輸出 pip 的使用方法

課程內容

異常處理

1. 程式常見的錯誤

什麼是異常？

2. 如何判斷和捕捉異常

捕捉異常可以使用 try/except 語句。

try/except 語句用來檢測 try 語句塊中的錯誤，從而讓 except 語句捕獲異常資訊並處理。 如果你不想在異常發生時結束你的程式，只需在 try 裏捕獲它。

以下為簡單的 try…except…else 的語法：

try:
<語句>        #運行別的程式碼
except <名字>：
<語句>        #如果在try部份引發了'name'異常
except <名字>，<資料>:
<語句>        #如果引發了'name'異常，獲得附加的資料
else:
<語句>        #如果沒有異常發生

下面是簡單的例子，它打開一個文件，在該文件中的內容寫入內容，且並未發生異常：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
try:
    fh = open("testfile", "w")
    fh.write("這是一個測試文件，用於測試異常!!")
except IOError:
    print ("Error: 沒有找到文件或讀取文件失敗")
else:
    print ("內容寫入文件成功")
    fh.close()

下面是簡單的例子，它打開一個文件，在該文件中的內容寫入內容，但文件沒有寫入權限，發生了異常：

#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-
try:
    fh = open("testfile", "w")
    fh.write("這是一個測試文件，用於測試異常!!")
except IOError:
    print ("Error: 沒有找到文件或讀取文件失敗")
else:
    print ("內容寫入文件成功")
    fh.close()

函數

1. 函數的概念

建立一個函數

在 Python 中，定義一個函數要使用 def 語句：

def my_abs(x):
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x
print(my_abs(-99))

函數可以返回多個值嗎？

import math

def move(x, y, step, angle=0):
    nx = x + step * math.cos(angle)
    ny = y - step * math.sin(angle)
    return nx, ny
x, y = move(100, 100, 60, math.pi / 6)
print(x, y)

形參與實參

username 就是一個形參，小明是我在調用函數時傳入的一個實參，它的值被儲存在形參 username 中：

局部變數與全局變數

# -*- coding: UTF-8 -*-
total = 0 # 這是一個全局變數
# 可寫函數說明
def sum( arg1, arg2 ):
   #返回2個參數的和."
   total = arg1 + arg2 # total在這裡是局部變數.
   print ("函數內是局部變數 : ", total)
   return total
#調用sum函數
sum( 10, 20 )
print("函數外是全局變數 : ", total)

在函數中聲明變數為全局變數：

#在函數裏定義全局變數
a=0
def plus_a():
  global a
  a +=1

關鍵詞參數、預設參數、收集參數

1. 位置參數

我們先寫一個計算 x^2 的函數：

def power(x):
    return x * x

對於 power(x) 函數，參數x就是一個位置參數。 當我們調用 power 函數時，必須傳入有且僅有的一個參數x：

>>> power(5)
25
>>> power(15)
225

現在，如果我們要計算 x3 怎麼辦？可以再定義一個 power3 函數，但是如果要計算 x4、x5…… 怎麼辦？我們不可能定義無限多個函數。 你也許想到了，可以把 power(x) 修改為 power(x, n)，用來計算 xn：

def power(x, n):
    s = 1
    while n > 0:
        n = n - 1
        s = s * x
    return s

對於這個修改後的 power(x, n) 函數，可以計算任意 n 次方：

>>> power(5, 2)
25
>>> power(5, 3)
125

修改後的 power(x, n) 函數有兩個參數：x 和 n，這兩個參數都是位置參數，調用函數時，傳入的兩個值按照位置順序依次賦給參數 x 和 n。

2. 預設參數

新的 power(x, n) 函數定義沒有問題，但是，舊的調用程式碼失敗了，原因是我們增加了一個參數，導致舊的程式碼因為缺少一個參數而無法正常調用：

>>> power(5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: power() missing 1 required positional argument: 'n'

Python 的錯誤資訊很明確：調用函數 power() 缺少了一個位置參數 n。 這個時候，預設參數就排上用場了。由於我們經常計算 x2，所以，完全可以把第二個參數 n 的預設值設定為 2：

def power(x, n=2):
    s = 1
    while n > 0:
        n = n - 1
        s = s * x
    return s

這樣，當我們調用 power(5) 時，相當於調用 power(5, 2)：

>>> power(5)
25
>>> power(5, 2)
25

而對於 n > 2 的其他情況，就必須明確地傳入 n，比如 power(5, 3)。

從上面的例子可以看出，預設參數可以簡化函數的調用。設定預設參數時，有幾點要注意：

當函數有多個參數時，把變化大的參數放前面，變化小的參數放後面。變化小的參數就可以作為預設參數。

使用預設參數有什麼好處？最大的好處是能降低調用函數的難度。

3. 可變參數

在 Python 函數中，還可以定義可變參數。顧名思義，可變參數就是傳入的參數個數是可變的，可以是 1 個、2 個到任意個，還可以是 0 個。

我們以數學題為例子，給定一組數字 a，b，c……，請計算 a2 + b2 + c2 + ……。

要定義出這個函數，我們必須確定輸入的參數。由於參數個數不確定，我們首先想到可以把 a，b，c…… 作為一個 list 或 tuple 傳進來，這樣，函數可以定義如下：

def calc(numbers):
    sum = 0
    for n in numbers:
        sum = sum + n * n
    return sum

但是調用的時候，需要先組裝出一個 list 或 tuple：

>>> calc([1, 2, 3])
14
>>> calc((1, 3, 5, 7))
84

所以，我們把函數的參數改為可變參數：

def calc(*numbers):
    sum = 0
    for n in numbers:
        sum = sum + n * n
    return sum

定義可變參數和定義一個 list 或 tuple 參數相比，僅僅在參數前面加了一個 * 號。在函數內部，參數numbers接收到的是一個tuple，因此，函數程式碼完全不變。但是，調用該函數時，可以傳入任意個參數，包括 0 個參數：

>>> calc(1, 2)
5
>>> calc()
0

如果已經有一個 list 或者 tuple，要調用一個可變參數怎麼辦？可以這樣做：

>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(nums[0], nums[1], nums[2])
14

這種寫法當然是可行的，問題是太繁瑣，所以Python允許你在list或tuple前面加一個*號，把list或tuple的元素變成可變參數傳進去：

>>> nums = [1, 2, 3]
>>> calc(*nums)
14

附註：

nums 表示把 nums 這個 list 的所有元素作為可變參數傳進去。這種寫法相當有用，而且很常見。

4. 關鍵字參數

可變參數允許你傳入 0 個或任意個參數，這些可變參數在函數調用時自動組裝為一個 tuple。而關鍵字參數允許你傳入 0 個或任意個含參數名的參數，這些關鍵字參數在函數內部自動組裝為一個dict。請看範例：

def person(name, age, **kw):
    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)

函數 person 除了必選參數 name 和 age 外，還接受關鍵字參數 kw。在調用該函數時，可以只傳入必選參數：

>>> person('Michael', 30)
name: Michael age: 30 other: {}
也可以传入任意个数的关键字参数：
>>> person('Bob', 35, city='Beijing')
name: Bob age: 35 other: {'city': 'Beijing'}
>>> person('Adam', 45, gender='M', job='Engineer')
name: Adam age: 45 other: {'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}

關鍵字參數有什麼用？它可以擴展函數的功能。比如，在 person 函數裏，我們保證能接收到 name 和 age 這兩個參數，但是，如果調用者願意提供更多的參數，我們也能收到。試想你正在做一個使用者註冊的功能，除了使用者名和年齡是必填項外，其他都是可選項，利用關鍵字參數來定義這個函數就能滿足註冊的需求。

和可變參數類似，也可以先組裝出一個 dict，然後，把該 dict 轉換為關鍵字參數傳進去：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, city=extra['city'], job=extra['job'])
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

當然，上面複雜的調用可以用簡化的寫法：

>>> extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
>>> person('Jack', 24, **extra)
name: Jack age: 24 other: {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}

extra 表示把該變數的所有 key-value 用關鍵字參數傳入到函數的 kw 參數，kw 將獲得一個 dict，注意 kw 獲得的 dict 是extra 的一份拷貝，對 kw 的改動不會影響到函數外的 extra。