文件操作与异常处理：自定义异常¶

在Python编程中，异常处理是一个非常重要的概念。Python提供了许多内置的异常类型，如ValueError、TypeError、FileNotFoundError等。然而，在某些情况下，你可能需要定义自己的异常类型来处理特定的错误情况。这就是自定义异常的用武之地。

1. 什么是自定义异常？¶

自定义异常是用户定义的异常类，通常继承自Python的内置异常类（如Exception）。通过定义自定义异常，你可以创建更具体、更有意义的错误类型，以便在代码中更好地处理特定的错误情况。

1.1 为什么要使用自定义异常？¶

提高代码的可读性：自定义异常可以让你的代码更具可读性，因为它们可以明确地表示特定的错误情况。
更好的错误处理：通过定义自定义异常，你可以更精确地捕获和处理特定的错误。
代码复用：自定义异常可以在多个地方重复使用，避免重复代码。

2. 如何定义自定义异常？¶

定义自定义异常非常简单。你只需要创建一个继承自Exception类的新类即可。通常，自定义异常类的主体是空的，因为它们的主要目的是通过名称来表示特定的错误。

2.1 基本自定义异常示例¶

# 定义一个自定义异常类
class MyCustomError(Exception):
    """自定义异常类"""
    pass

# 使用自定义异常
def divide(a, b):
    if b == 0:
        raise MyCustomError("除数不能为零")
    return a / b

try:
    result = divide(10, 0)
except MyCustomError as e:
    print(f"捕获到自定义异常: {e}")

解释： - MyCustomError是一个自定义异常类，继承自Exception。 - divide函数在除数为零时抛出自定义异常MyCustomError。 - 在try-except块中捕获并处理自定义异常。

2.2 带属性的自定义异常¶

有时，你可能希望自定义异常携带更多的信息。你可以通过在异常类中定义__init__方法来实现这一点。

# 定义一个带属性的自定义异常类
class InvalidAgeError(Exception):
    """年龄无效异常"""
    def __init__(self, age, message="年龄必须在0到120之间"):
        self.age = age
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

    def __str__(self):
        return f"{self.age} -> {self.message}"

# 使用带属性的自定义异常
def check_age(age):
    if age < 0 or age > 120:
        raise InvalidAgeError(age)
    print(f"年龄 {age} 是有效的")

try:
    check_age(150)
except InvalidAgeError as e:
    print(f"捕获到自定义异常: {e}")

解释： - InvalidAgeError是一个带属性的自定义异常类，它接受age参数并生成错误消息。 - check_age函数在年龄无效时抛出InvalidAgeError异常。 - 在try-except块中捕获并处理自定义异常，并打印出详细的错误信息。

2.3 自定义异常的继承¶

你可以通过继承自定义异常类来创建更具体的异常类型。

# 定义一个基类异常
class NetworkError(Exception):
    """网络错误基类"""
    pass

# 定义具体的网络错误异常
class TimeoutError(NetworkError):
    """超时错误"""
    pass

class ConnectionError(NetworkError):
    """连接错误"""
    pass

# 使用继承的自定义异常
def connect_to_server():
    raise TimeoutError("连接超时")

try:
    connect_to_server()
except TimeoutError as e:
    print(f"捕获到超时错误: {e}")
except ConnectionError as e:
    print(f"捕获到连接错误: {e}")
except NetworkError as e:
    print(f"捕获到网络错误: {e}")

解释： - NetworkError是一个基类异常，TimeoutError和ConnectionError是继承自NetworkError的具体异常。 - connect_to_server函数抛出TimeoutError异常。 - 在try-except块中捕获并处理不同类型的网络错误。

3. 练习题¶

3.1 简单练习¶

题目：定义一个自定义异常NegativeNumberError，当输入的数字为负数时抛出该异常。编写一个函数check_positive来检查输入的数字是否为正数。

示例代码：

class NegativeNumberError(Exception):
    pass

def check_positive(number):
    if number < 0:
        raise NegativeNumberError("数字不能为负数")
    print(f"数字 {number} 是正数")

# 测试代码
try:
    check_positive(-5)
except NegativeNumberError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")

3.2 中等练习¶

题目：定义一个自定义异常InvalidEmailError，当输入的电子邮件地址不包含@符号时抛出该异常。编写一个函数validate_email来验证电子邮件地址的有效性。

示例代码：

class InvalidEmailError(Exception):
    pass

def validate_email(email):
    if "@" not in email:
        raise InvalidEmailError("电子邮件地址无效")
    print(f"电子邮件地址 {email} 是有效的")

# 测试代码
try:
    validate_email("example.com")
except InvalidEmailError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")

3.3 复杂练习¶

题目：定义一个自定义异常InsufficientFundsError，当账户余额不足以完成交易时抛出该异常。编写一个类BankAccount，包含withdraw方法，用于从账户中取款。如果取款金额大于账户余额，则抛出InsufficientFundsError。

示例代码：

class InsufficientFundsError(Exception):
    pass

class BankAccount:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            raise InsufficientFundsError("余额不足")
        self.balance -= amount
        print(f"取款成功，剩余余额: {self.balance}")

# 测试代码
account = BankAccount(100)
try:
    account.withdraw(150)
except InsufficientFundsError as e:
    print(f"捕获到异常: {e}")

4. 总结¶

自定义异常是用户定义的异常类，通常继承自Exception类。
自定义异常可以提高代码的可读性和错误处理的精确性。
你可以通过定义__init__方法为自定义异常添加属性，使其携带更多的信息。
自定义异常可以通过继承来创建更具体的异常类型。
在实际编程中，合理使用自定义异常可以使代码更加健壮和易于维护。

通过本主题的学习，你应该能够定义和使用自定义异常来处理特定的错误情况。希望你能通过练习题进一步巩固所学知识，并在实际项目中灵活运用自定义异常。