01.16 單例、異常、eval函數

一、單例

01. 單例設計模式

• 設計模式 設計模式 是 前人工作的總結和提煉，通常，被人們廣泛流傳的設計模式都是針對 某一特定問題 的成熟的解決方案 使用 設計模式 是為了可重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性
• 單例設計模式 目的 —— 讓 類 創建的對象，在系統中 只有 唯一的一個實例 每一次執行 類名() 返回的對象，內存地址是相同的

單例設計模式的應用場景

• 音樂播放 對象
• 回收站 對象
• 打印機 對象
• ……

02. __new__ 方法

• 使用 類名() 創建對象時， Python 的解釋器 首先 會 調用 __new__ 方法為對象 分配空間
• __new__ 是一個 由 object 基類提供的 內置的靜態方法，主要作用有兩個： 1) 在內存中為對象 分配空間 2) 返回 對象的引用
• Python 的解釋器獲得對象的 引用 後，將引用作為 第一個參數，傳遞給 __init__ 方法

重寫 __new__ 方法 的代碼非常固定！

• 重寫 __new__ 方法 一定要 return super().__new__(cls)
• 否則 Python 的解釋器 得不到 分配了空間的 對象引用，就不會調用對象的初始化方法
• 注意： __new__ 是一個靜態方法，在調用時需要 主動傳遞 cls 參數

<code> class MusicPlayer(object):
 
     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         # 如果不返回任何結果，
         return super().__new__(cls)
 
     def __init__(self):
         print("音樂播放器初始化")
 
 
 yunplayer = MusicPlayer()
 print(yunplayer)/<code>

03. Python 中的單例

單例 —— 讓 類 創建的對象，在系統中 只有 唯一的一個實例

1. 定義一個 類屬性，初始值是 None，用於記錄 單例對象的引用
2. 重寫 __new__ 方法
3. 如果 類屬性 is None，調用父類方法分配空間，並在類屬性中記錄結果
4. 返回 類屬性
   中記錄的 對象引用

<code> class MusicPlayer(object):
 
     # 定義類屬性記錄單例對象引用
     instance = None
     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         if cls.instance is None:
             return super().__new__(cls)
         
         return cls.instance/<code>

只執行一次初始化工作

• 在每次使用 類名() 創建對象時, Python 的解釋器都會自動調用兩個方法： __new__分配空間__init__對象初始化
• 在上一小節對 __new__ 方法改造之後，每次都會得到 第一次被創建對象的引用
• 但是：初始化方法還會被再次調用

需求

• 讓 初始化動作 只被 執行一次

解決辦法

1. 定義一個類屬性 init_flag 標記是否 執行過初始化動作，初始值為 False
2. 在 __init__ 方法中，判斷 init_flag，如果為 False 就執行初始化動作
3. 然後將 __init__ 設置為 True
4. 這樣，再次 自動 調用 __init__ 方法時，初始化動作就不會被再次執行 了

<code> class MusicPlayer(object):
 
     # 記錄第一個被創建對象的引用
     instance = None
     # 記錄是否執行過初始化動作
     init_flag = False
 
     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         # 1.判斷類屬性是否為空對象
         if cls.instance is None:
             # 2.調用父類方法，為第一個對象分配空間
             return super().__new__(cls)
         # 3.返回類屬性保存的對象引用
         return cls.instance
  

     def __init__(self):
         if not MusicPlayer.init_flag:
             print("音樂播放器初始化")
 
             MusicPlayer.init_flag = True
 
 
 # 創建對個對象
 player1 = MusicPlayer()
 print(player1)
 player2 = MusicPlayer()
 print(player2)/<code>

二、異常

01. 異常的概念

• 程序在運行時，如果 Python 解釋器 遇到 到一個錯誤，會停止程序的執行，並且提示一些錯誤信息，這就是 異常
• 程序停止執行並且提示錯誤信息 這個動作，我們通常稱之為：拋出(raise)異常

程序開發時，很難將 所有的特殊情況 都處理的面面俱到，通過 異常捕獲 可以針對突發事件做集中的處理，從而保證程序的 穩定性和健壯性

02. 捕獲異常

2.1 簡單的捕獲異常語法

• 在程序開發中，如果 對某些代碼的執行不能確定是否正確，可以增加 try(嘗試) 來 捕獲異常
• 捕獲異常最簡單的語法格式：

<code>try:
    嘗試執行的代碼
except:
    出現錯誤的處理/<code>

• try 嘗試，下方編寫要嘗試代碼，不確定是否能夠正常執行的代碼
• except 如果不是，下方編寫嘗試失敗的代碼

簡單異常捕獲演練 —— 要求用戶輸入整數

<code>try:
    # 提示用戶輸入一個數字
    num = int(input("請輸入數字："))
except:
    print("請輸入正確的數字")/<code>

2.2 錯誤類型捕獲

• 在程序執行時，可能會遇到 不同類型的異常，並且需要 針對不同類型的異常，做出不同的響應，這個時候，就需要捕獲錯誤類型了
• 語法如下：

<code>try:
    # 嘗試執行的代碼
    pass
except 錯誤類型1:
    # 針對錯誤類型1，對應的代碼處理
    pass 

except (錯誤類型2, 錯誤類型3):
    # 針對錯誤類型2 和 3，對應的代碼處理
    pass
except Exception as result:
    print("未知錯誤 %s" % result)/<code>

• 當 Python 解釋器 拋出異常 時，最後一行錯誤信息的第一個單詞，就是錯誤類型

異常類型捕獲演練 —— 要求用戶輸入整數

需求

1. 提示用戶輸入一個整數
2. 使用 8 除以用戶輸入的整數並且輸出

<code>try:
    num = int(input("請輸入整數："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("請輸入正確的整數")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 錯誤")/<code>

捕獲未知錯誤

• 在開發時，要預判到所有可能出現的錯誤，還是有一定難度的
• 如果希望程序 無論出現任何錯誤，都不會因為 Python 解釋器 拋出異常而被終止，可以再增加一個 except

語法如下：

<code>except Exception as result:
    print("未知錯誤 %s" % result)/<code>

2.3 異常捕獲完整語法

• 在實際開發中，為了能夠處理複雜的異常情況，完整的異常語法如下： 提示： 有關完整語法的應用場景，在後續學習中，結合實際的案例會更好理解現在先對這個語法結構有個印象即可

<code>try:
    # 嘗試執行的代碼
    pass
except 錯誤類型1:
    # 針對錯誤類型1，對應的代碼處理
    pass 

except 錯誤類型2:
    # 針對錯誤類型2，對應的代碼處理
    pass
except (錯誤類型3, 錯誤類型4):
    # 針對錯誤類型3 和 4，對應的代碼處理
    pass
except Exception as result:
    # 打印錯誤信息
    print(result)
else:
    # 沒有異常才會執行的代碼
    pass
finally:
    # 無論是否有異常，都會執行的代碼
    print("無論是否有異常，都會執行的代碼")/<code>

• else 只有在沒有異常時才會執行的代碼
• finally 無論是否有異常，都會執行的代碼
• 之前一個演練的 完整捕獲異常 的代碼如下：

<code>try:
    num = int(input("請輸入整數："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("請輸入正確的整數")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 錯誤")
except Exception as result: 

    print("未知錯誤 %s" % result)
else:
    print("正常執行")
finally:
    print("執行完成，但是不保證正確")/<code>

03. 異常的傳遞

• 異常的傳遞 —— 當 函數/方法 執行 出現異常，會 將異常傳遞 給 函數/方法 的 調用一方
• 如果 傳遞到主程序，仍然 沒有異常處理，程序才會被終止

　　提示

• 在開發中，可以在主函數中增加 異常捕獲
• 而在主函數中調用的其他函數，只要出現異常，都會傳遞到主函數的
  異常捕獲 中
• 這樣就不需要在代碼中，增加大量的 異常捕獲，能夠保證代碼的整潔

需求

1. 定義函數 demo1() 提示用戶輸入一個整數並且返回
2. 定義函數 demo2() 調用 demo1()
3. 在主程序中調用 demo2()

<code>def demo1():
    return int(input("請輸入一個整數："))


def demo2():
    return demo1()

try:
    print(demo2())
except ValueError:
    print("請輸入正確的整數")
except Exception as result:
    print("未知錯誤 %s" % result)/<code>

04. 拋出 raise 異常

• 在開發中，除了 代碼執行出錯 Python 解釋器會 拋出 異常之外
• 還可以根據 應用程序 特有的業務需求 主動拋出異常

示例

• 提示用戶 輸入密碼，如果 長度少於 8，拋出 異常

注意

• 當前函數 只負責 提示用戶輸入密碼，如果 密碼長度不正確，需要其他的函數進行額外處理
• 因此可以 拋出異常，由其他需要處理的函數 捕獲異常

4.2 拋出異常

• Python 中提供了一個 Exception 異常類
• 在開發時，如果滿足 特定業務需求時，希望 拋出異常，可以： 創建 一個 Exception 的 對象 使用 raise 關鍵字
  拋出 異常對象

需求

• 定義 input_password 函數，提示用戶輸入密碼
• 如果用戶輸入長度 < 8，拋出異常
• 如果用戶輸入長度 >=8，返回輸入的密碼

<code>def input_password():

    # 1. 提示用戶輸入密碼
    pwd = input("請輸入密碼：")

    # 2. 判斷密碼長度，如果長度 >= 8，返回用戶輸入的密碼
    if len(pwd) >= 8:
        return pwd

    # 3. 密碼長度不夠，需要拋出異常
    # 1> 創建異常對象 - 使用異常的錯誤信息字符串作為參數
    ex = Exception("密碼長度不夠")

    # 2> 拋出異常對象
    raise ex


try:
    user_pwd = input_password()
    print(user_pwd) 

except Exception as result:
    print("發現錯誤：%s" % result)/<code>

三、eval 函數

eval() 函數十分強大 —— 將字符串 當成 有效的表達式 來求值 並 返回計算結果

<code># 基本的數學計算
In [1]: eval("1 + 1")
Out[1]: 2

# 字符串重複
In [2]: eval("'*' * 10")
Out[2]: '**********'

# 將字符串轉換成列表
In [3]: type(eval("[1, 2, 3, 4, 5]"))
Out[3]: list

# 將字符串轉換成字典
In [4]: type(eval("{'name': 'xiaoming', 'age': 18}"))
Out[4]: dict/<code>

案例 - 計算器

需求

1. 提示用戶輸入一個 加減乘除混合運算
2. 返回計算結果

<code>input_str = input("請輸入一個算術題：")

print(eval(input_str))/<code>

不要濫用 eval

在開發時千萬不要使用 eval 直接轉換 input 的結果

<code>__import__('os').system('ls')/<code>

• 等價代碼

<code>import os

os.system("終端命令")/<code>

• 執行成功，返回 0
• 執行失敗，返回錯誤信息

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關鍵字: 設計模式 異常 夏日無處不音樂