feat(python进阶): 完成第三至第八课教学内容
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# 第 2-3 课：异常处理
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## 一、本课目标
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完成本课后，你将能够：
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1. 解释异常是什么，以及为什么需要处理异常；
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2. 阅读 Python 异常信息中的异常类型；
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3. 使用 `try...except` 处理预期内的错误；
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4. 分别处理 `ValueError`、`ZeroDivisionError` 和 `FileNotFoundError`；
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5. 理解 `else` 和 `finally` 的执行时机；
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6. 避免使用过大的 `try` 范围或空白 `except`；
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7. 让文件读取和数据转换失败时给出清楚的中文提示。
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## 二、前置知识
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学习本课前，需要掌握：
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- 条件判断、函数和返回值；
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- `int()` 类型转换；
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- 模块与程序入口判断；
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- 使用 `Path` 读取和写入文本文件。
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## 三、异常是什么
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异常（Exception）是程序运行过程中发生的非正常情况。
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例如：
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```python
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number = int("五")
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```
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运行后会看到类似信息：
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```text
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ValueError: invalid literal for int() with base 10: '五'
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```
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中文解释：`int()` 需要可以转换为整数的内容，但字符串 `"五"` 不符合要求。
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如果不处理异常，程序会在出错位置停止。异常处理可以让程序识别预期内的问题，给用户明确提示，并决定是否继续运行。
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异常处理不是“隐藏所有错误”。我们只处理已经理解并且知道如何应对的异常。
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## 四、使用 `try...except`
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基本结构如下：
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```python
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try:
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number = int(number_text)
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except ValueError:
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print("请输入有效整数。")
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```
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执行顺序：
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1. Python 先执行 `try` 中的代码；
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2. 没有异常时，跳过 `except`；
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3. 发生 `ValueError` 时，停止执行 `try` 中剩余代码；
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4. 转到对应的 `except ValueError`；
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5. `except` 执行结束后，程序可以继续向下运行。
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## 五、只捕获明确的异常
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本课会遇到三种常见异常。
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### 5.1 `ValueError`
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值错误（Value Error，`ValueError`）表示值的类型可能可以使用，但具体内容不符合要求：
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```python
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int("优秀")
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```
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### 5.2 `ZeroDivisionError`
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除零错误（Zero Division Error，`ZeroDivisionError`）表示程序尝试用数字除以零：
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```python
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average = 180 / 0
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```
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### 5.3 `FileNotFoundError`
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文件未找到错误（File Not Found Error，`FileNotFoundError`）表示程序读取的路径不存在：
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```python
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content = file_path.read_text(encoding="utf-8")
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```
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不推荐写空白 `except`：
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```python
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try:
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number = int(number_text)
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except:
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print("出错了。")
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```
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这种写法会把多种不同问题混在一起，用户不知道发生了什么，开发者也更难找到真正原因。
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## 六、一个 `try` 对应多个 `except`
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一段代码可能出现不同异常，可以分别处理：
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```python
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try:
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content = file_path.read_text(encoding="utf-8")
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number = int(content.strip())
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except FileNotFoundError:
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print("没有找到文件。")
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except ValueError:
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print("文件内容不是有效整数。")
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```
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Python 会根据实际异常类型进入匹配的分支。清楚区分异常类型，才能给出准确提示。
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## 七、`else` 的作用
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`else` 只在 `try` 没有发生异常时执行：
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```python
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try:
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average = total_score / agent_count
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except ZeroDivisionError:
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print("Agent 数量不能为 0。")
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else:
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return average
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```
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这样可以让 `try` 只包含可能发生异常的操作，成功后的普通逻辑放到 `else`。
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## 八、`finally` 的作用
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`finally` 无论有没有发生异常都会执行：
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```python
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try:
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content = file_path.read_text(encoding="utf-8")
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except FileNotFoundError:
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print("没有找到文件。")
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finally:
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print("文件读取结束。")
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```
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它常用于必须执行的收尾工作。本课用输出语句观察执行时机。上一课使用的 `with` 已经能帮助关闭文件，因此不要为了使用 `finally` 而放弃更清晰的 `with` 或 `Path.read_text()`。
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## 九、异常与条件判断的区别
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条件判断适合处理程序能够直接检查的业务规则：
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```python
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if score < 0 or score > 100:
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print("评分必须在 0 到 100 之间。")
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```
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异常处理适合处理操作执行时可能失败的情况：
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```python
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try:
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score = int(score_text)
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except ValueError:
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print("评分必须是整数。")
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```
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因此，评分转换失败使用 `except ValueError`，评分超出范围使用 `if`，两者各自负责不同问题。
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## 十、缩小 `try` 的范围
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推荐：
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```python
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try:
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number = int(number_text)
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except ValueError:
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return None
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print("转换完成。")
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```
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不要把大量无关代码全部放进 `try`。范围过大时，即使其他代码产生同类型异常，也可能被误认为是预期问题。
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## 十一、完整示例
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本课示例文件是：
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```text
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02_python进阶/2_3_异常处理/exception_example.py
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```
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示例依次演示：
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1. 使用 `try...except` 处理整数转换失败；
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2. 使用 `else` 返回成功的除法结果；
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3. 分别处理正常文件和不存在的文件；
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4. 使用 `finally` 输出每次读取结束提示。
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示例只在本课 `example_data` 中创建文件，该目录已由 `.gitignore` 忽略。
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## 十二、运行方法
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在项目根目录运行：
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```powershell
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python .\02_python进阶\2_3_异常处理\exception_example.py
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```
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完成练习后运行：
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```powershell
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python .\02_python进阶\2_3_异常处理\practice.py
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```
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## 十三、示例运行结果
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```text
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一、处理整数转换异常
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“五”不是有效整数。
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有效结果：5
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无效结果：None
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==============================
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二、处理除以零异常
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Agent 数量不能为 0。
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正常结果：2.0
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异常结果：None
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==============================
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三、处理文件读取异常
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已完成对 agent_count.txt 的读取尝试。
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没有找到文件：missing.txt
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已完成对 missing.txt 的读取尝试。
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文件中的 Agent 数量：3
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不存在文件的读取结果：None
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```
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## 十四、关键代码解析
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### 14.1 异常类型写在 `except` 后
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```python
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except ValueError:
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```
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它表示这里只处理 `ValueError`。如果发生其他没有处理的异常，Python 仍会显示异常信息，帮助我们发现新的问题。
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### 14.2 异常分支也要明确返回
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如果函数成功时返回数字，失败时可以明确返回 `None`：
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```python
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except ValueError:
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print("请输入有效整数。")
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return None
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```
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调用者随后可以使用：
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```python
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if result is not None:
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print(result)
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```
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注意不能简单写 `if result:`，因为合法数字 `0` 也会被当作假值。
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### 14.3 `return` 后仍会执行 `finally`
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即使 `try` 或 `except` 中执行了 `return`，函数真正结束前仍会执行 `finally`。可以运行示例观察这一点。
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## 十五、常见错误
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### 15.1 使用空白 `except`
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空白 `except` 会捕获范围过广，让真正的程序错误难以发现。请写出明确异常类型。
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### 15.2 捕获异常后什么都不做
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不推荐：
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```python
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except ValueError:
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pass
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```
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用户看不到提示，开发者也不知道数据为什么没有得到处理。
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### 15.3 用异常代替全部条件判断
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`try...except` 不能取代正常业务判断。数字是否在 0 到 100 之间仍应使用 `if` 检查。
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### 15.4 把 `try` 包住整个程序
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这会让异常来源变得模糊。应只包住可能发生且准备处理的操作。
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### 15.5 把英文错误信息原样交给用户
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学习时可以阅读英文异常类型，但面向用户的提示应说明他们可以如何修正输入。
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## 十六、课堂练习
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打开 `practice.py`，依次完成：
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1. `parse_score(score_text)`：处理整数转换并检查评分范围；
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2. `calculate_average(total_score, agent_count)`：处理除以零；
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3. `read_score(file_path)`：处理不存在的评分文件；
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4. `main()`：准备安全的练习数据并测试正常、异常分支。
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练习题面已经明确给出了参数、返回值、输出文字、测试输入和预期结果。请先独立完成，不要直接复制示例函数。
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## 十七、参考答案
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参考答案暂不写入练习文件。你完成后，我会从以下三个方面检查：
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- 正确性：正常和异常分支是否符合预期；
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- 可读性：`try` 范围、命名和中文提示是否清楚；
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- 知识掌握：是否能正确选择异常类型，并区分异常处理与条件判断。
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## 十八、本课小结
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- 异常是程序运行时出现的非正常情况；
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- `try` 放置可能发生异常的代码；
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- `except` 处理明确类型的异常；
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- `else` 只在没有异常时执行；
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- `finally` 无论是否发生异常都会执行；
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- `ValueError`、`ZeroDivisionError` 和 `FileNotFoundError` 对应不同问题；
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- 异常处理用于应对失败，条件判断用于检查业务规则；
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- 不要使用空白 `except` 隐藏问题。
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## 十九、验收标准
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- 能用自己的话解释异常处理的作用；
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- 能看懂三个本课异常类型；
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- 示例程序输出与讲义一致；
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- 能针对不同错误使用明确的 `except`；
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- 能说明 `else` 和 `finally` 的执行时机；
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- `parse_score("0")` 和 `parse_score("100")` 均能返回合法结果；
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- 非数字和越界评分会给出不同中文提示；
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- 除数为零时程序不会崩溃；
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- 文件不存在时程序不会崩溃；
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- 练习只在 `practice_data` 中写入数据；
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- 没有使用空白 `except` 或用 `pass` 隐藏异常。
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