Day 017 — 异常处理：完成清单与练习题

✅ 完成清单

理论学习

[ ] 理解 try/except/else/finally 四段结构的执行流
[ ] 区分 EAFP 和 LBYL 两种编码风格
[ ] 理解异常传播链的向上查找机制
[ ] 掌握 raise, raise ... from, raise ... from None 的区别
[ ] 理解 finally 在 return/break/continue 之前的执行保证
[ ] 了解 Python 内置异常层次结构
[ ] 知道 assert 的用途和局限性

代码实践

[ ] 运行并理解 01-exception-basics.py
[ ] 运行并理解 02-input-validator.py
[ ] 运行并理解 03-custom-exceptions.py

动手实现

[ ] 实现一个带有至少 3 层异常层次结构的自定义异常系统
[ ] 实现一个 retry() 装饰器
[ ] 实现一个 ErrorHandler 类将异常转换为 HTTP 响应
[ ] 实现一个 Validator 链（可组合的验证器模式）

📋 练习题快速查找

编号	名称	难度	核心概念
1	温度转换器	⭐	try/except, ValueError
2	文件读取器	⭐⭐	多异常捕获, 日志记录
3	嵌套异常处理	⭐⭐	异常传播, 裸 raise
4	retry 装饰器	⭐⭐⭐	自定义异常, 装饰器
5	输入验证框架	⭐⭐⭐	异常层次, Schema 设计
6	finally 与 return	⭐⭐	finally 执行保证
7	ExceptionLogger	⭐⭐	上下文管理器
8	断言 vs 异常	⭐	场景选择

💪 练习题

练习 1：温度转换器

实现一个温度转换程序，要求：

提示用户输入温度和单位（C/F）
使用异常处理确保输入合法
支持华氏 ↔ 摄氏互转
处理：ValueError、KeyError、自定义 TemperatureError

python

# 期望行为
> 输入温度: abc
❌ 请输入数字

> 输入温度和单位: 100 C
→ 212.0 °F

> 输入温度和单位: -500 K
❌ 不支持的单位，请使用 C 或 F

> 输入温度和单位: -300 C
❌ 温度低于绝对零度 (-273.15°C)

练习 2：文件读取器

实现一个安全的文件读取器：

接收文件名列表
尝试逐个读取，成功的返回内容，失败的记录错误到 errors.log
支持 FileNotFoundError、PermissionError、IsADirectoryError
返回 (results: dict, errors: list) 元组

python

# 期望
safe_read(["a.txt", "b.txt", "c.txt"])
# → {"a.txt": "内容...", "b.txt": "内容..."}, 
#   [{"file": "c.txt", "error": "FileNotFoundError"}]

练习 3：嵌套异常处理

下面的代码输出什么？（先推理，再运行验证）

python

def outer():
    try:
        inner()
    except ValueError:
        print("外部: 捕获 ValueError")
    except RuntimeError:
        print("外部: 捕获 RuntimeError")

def inner():
    try:
        raise ValueError("内部错误")
    except ValueError:
        print("内部: 重新引发")
        raise RuntimeError("包装为 RuntimeError")

outer()

练习 4：实现 retry 装饰器

python

@retry(max_attempts=3, delay=0.1, exceptions=(ConnectionError, TimeoutError))
def fetch_data(url: str) -> dict:
    """从 API 获取数据"""
    ...

要求： 1. 在指定异常类型时自动重试 2. 重试间隔可配置 3. 最终失败抛出 RetryExhaustedError（自定义异常） 4. 包含重试次数和最后一次错误信息

练习 5：输入验证框架

参照 02-input-validator.py，实现一个更完整的验证框架：

python

# 期望 API
class UserSchema(Schema):
    username = StringField(required=True, min_len=3, max_len=20, pattern=r"^\w+$")
    age = IntField(min=0, max=150)
    email = EmailField()
    tags = ListField(StringField())

schema = UserSchema()
result = schema.validate({"username": "alice", "age": 25, "email": "a@b.com"})
# → {"username": "alice", "age": 25, "email": "a@b.com"}

result = schema.validate({"username": ""})
# → ValidationError(field="username", message="必填字段")

练习 6：finally 与 return

运行以下代码并解释输出：

python

def test1():
    try:
        return "try"
    finally:
        return "finally"

def test2():
    try:
        raise ValueError("错误")
    finally:
        return "被覆盖"

def test3():
    for i in range(3):
        try:
            if i == 1:
                continue
            print(i)
        finally:
            print(f"finally i={i}")

print("test1:", test1())
print("test2:", test2())
test3()

练习 7：记录异常上下文

实现一个 ExceptionLogger 上下文管理器：

python

class ExceptionLogger:
    """自动记录异常到 logger 对象"""

    def __init__(self, logger, operation: str):
        ...

# 使用
with ExceptionLogger(logger, "数据导入"):
    import_data(file)  # 如有异常自动记录

练习 8：断言 v.s. 异常

以下场景中，应该用 assert 还是 raise？为什么？

检查用户输入的用户名是否为空
检查函数内部计算结果是否始终大于 0
检查数据库连接是否可用
检查排序算法输出的数组是否已排序（排序函数本身没有副作用）
检查 API 返回的状态码是否为 200

🔍 思考题答案参考

练习 3 答案

内部: 重新引发
外部: 捕获 RuntimeError

因为 inner() 中先捕获 ValueError，然后 raise RuntimeError（新的异常），所以外层 outer() 的 except ValueError 不匹配，被 except RuntimeError 捕获。

finally+return 规则

finally 中的 return 会覆盖 try 或 except 中的 return 以及任何异常。

test1 → "finally"（覆盖 try 的 return）
test2 → "被覆盖"（覆盖 ValueError，异常消失！）
test3 → 循环体中 finally 在 continue 之前执行，所以输出是：

  0
  finally i=0
  finally i=1  # 没有打印 1（continue），但 finally 仍执行
  2
  finally i=2