单例、异常、eval函数

一、单例

01. 单例设计模式

• 设计模式

  • 设计模式 是 前人工作的总结和提炼，通常，被人们广泛流传的设计模式都是针对 某一特定问题 的成熟的解决方案

  • 使用 设计模式 是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性

• 单例设计模式

  • 目的 —— 让 类 创建的对象，在系统中 只有 唯一的一个实例

  • 每一次执行 类名() 返回的对象，内存地址是相同的

单例设计模式的应用场景

• 音乐播放 对象

• 回收站 对象

• 打印机 对象

• ……

02. __new__ 方法

• 使用 类名() 创建对象时， Python 的解释器 首先 会 调用 __new__ 方法为对象 分配空间

• __new__ 是一个 由 object 基类提供的 内置的静态方法，主要作用有两个：

  • 1) 在内存中为对象 分配空间

  • 2) 返回 对象的引用

• Python 的解释器获得对象的 引用 后，将引用作为 第一个参数，传递给 __init__ 方法

　　重写 __new__ 方法 的代码非常固定！

• 重写 __new__ 方法 一定要 return super().__new__(cls) 

• 否则 Python 的解释器 得不到 分配了空间的 对象引用，就不会调用对象的初始化方法

• 注意： __new__ 是一个静态方法，在调用时需要 主动传递 cls 参数

 class MusicPlayer(object):

     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         # 如果不返回任何结果，
         return super().__new__(cls)

     def __init__(self):
         print("音乐播放器初始化")

 yunplayer = MusicPlayer()
 print(yunplayer)

03. Python 中的单例

单例 —— 让 类 创建的对象，在系统中 只有 唯一的一个实例

1. 定义一个 类属性，初始值是 None，用于记录 单例对象的引用

2. 重写 __new__ 方法

3. 如果 类属性 is None，调用父类方法分配空间，并在类属性中记录结果

4. 返回 类属性 中记录的 对象引用

 class MusicPlayer(object):

     # 定义类属性记录单例对象引用
     instance = None
     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         if cls.instance is None:
             return super().__new__(cls)

         return cls.instance
     

只执行一次初始化工作

• 在每次使用 类名() 创建对象时, Python 的解释器都会自动调用两个方法：

  • __new__分配空间
  • __init__对象初始化

• 在上一小节对 __new__ 方法改造之后，每次都会得到 第一次被创建对象的引用

• 但是：初始化方法还会被再次调用

需求

• 让 初始化动作 只被 执行一次

解决办法

1. 定义一个类属性 init_flag 标记是否 执行过初始化动作，初始值为 False

2. 在 __init__ 方法中，判断 init_flag，如果为 False 就执行初始化动作

3. 然后将 __init__ 设置为 True

4. 这样，再次 自动 调用 __init__ 方法时，初始化动作就不会被再次执行 了

 class MusicPlayer(object):

     # 记录第一个被创建对象的引用
     instance = None
     # 记录是否执行过初始化动作
     init_flag = False

     def __new__(cls, *args, **kwargs):
         # 1.判断类属性是否为空对象
         if cls.instance is None:
             # 2.调用父类方法，为第一个对象分配空间
             return super().__new__(cls)
         # 3.返回类属性保存的对象引用
         return cls.instance

     def __init__(self):
         if not MusicPlayer.init_flag:
             print("音乐播放器初始化")

             MusicPlayer.init_flag = True

 # 创建对个对象
 player1 = MusicPlayer()
 print(player1)
 player2 = MusicPlayer()
 print(player2)

二、异常

01. 异常的概念

• 程序在运行时，如果 Python 解释器 遇到 到一个错误，会停止程序的执行，并且提示一些错误信息，这就是 异常

• 程序停止执行并且提示错误信息 这个动作，我们通常称之为：抛出(raise)异常

程序开发时，很难将 所有的特殊情况 都处理的面面俱到，通过 异常捕获 可以针对突发事件做集中的处理，从而保证程序的 稳定性和健壮性

02. 捕获异常

2.1 简单的捕获异常语法

• 在程序开发中，如果 对某些代码的执行不能确定是否正确，可以增加 try(尝试) 来 捕获异常

• 捕获异常最简单的语法格式：

try:
    尝试执行的代码
except:
    出现错误的处理

• try 尝试，下方编写要尝试代码，不确定是否能够正常执行的代码

• except 如果不是，下方编写尝试失败的代码

简单异常捕获演练 —— 要求用户输入整数

try:
    # 提示用户输入一个数字
    num = int(input("请输入数字："))
except:
    print("请输入正确的数字")

2.2 错误类型捕获

• 在程序执行时，可能会遇到 不同类型的异常，并且需要 针对不同类型的异常，做出不同的响应，这个时候，就需要捕获错误类型了

• 语法如下：

try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1，对应的代码处理
    pass
except (错误类型2, 错误类型3):
    # 针对错误类型2 和 3，对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

• 当 Python 解释器 抛出异常 时，最后一行错误信息的第一个单词，就是错误类型

异常类型捕获演练 —— 要求用户输入整数

需求

1. 提示用户输入一个整数

2. 使用 8 除以用户输入的整数并且输出

try:
    num = int(input("请输入整数："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")

捕获未知错误

• 在开发时，要预判到所有可能出现的错误，还是有一定难度的

• 如果希望程序 无论出现任何错误，都不会因为 Python 解释器 抛出异常而被终止，可以再增加一个 except

语法如下：

except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

2.3 异常捕获完整语法

• 在实际开发中，为了能够处理复杂的异常情况，完整的异常语法如下：

  提示：

• 有关完整语法的应用场景，在后续学习中，结合实际的案例会更好理解
• 现在先对这个语法结构有个印象即可

try:
    # 尝试执行的代码
    pass
except 错误类型1:
    # 针对错误类型1，对应的代码处理
    pass
except 错误类型2:
    # 针对错误类型2，对应的代码处理
    pass
except (错误类型3, 错误类型4):
    # 针对错误类型3 和 4，对应的代码处理
    pass
except Exception as result:
    # 打印错误信息
    print(result)
else:
    # 没有异常才会执行的代码
    pass
finally:
    # 无论是否有异常，都会执行的代码
    print("无论是否有异常，都会执行的代码")

• else 只有在没有异常时才会执行的代码

• finally 无论是否有异常，都会执行的代码

• 之前一个演练的 完整捕获异常 的代码如下：

try:
    num = int(input("请输入整数："))
    result = 8 / num
    print(result)
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except ZeroDivisionError:
    print("除 0 错误")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)
else:
    print("正常执行")
finally:
    print("执行完成，但是不保证正确")

03. 异常的传递

• 异常的传递 —— 当 函数/方法 执行 出现异常，会 将异常传递 给 函数/方法 的 调用一方

• 如果 传递到主程序，仍然 没有异常处理，程序才会被终止

　　提示

• 在开发中，可以在主函数中增加 异常捕获

• 而在主函数中调用的其他函数，只要出现异常，都会传递到主函数的 异常捕获 中

• 这样就不需要在代码中，增加大量的 异常捕获，能够保证代码的整洁

需求

1. 定义函数 demo1() 提示用户输入一个整数并且返回
2. 定义函数 demo2() 调用 demo1()
3. 在主程序中调用 demo2()

def demo1():
    return int(input("请输入一个整数："))

def demo2():
    return demo1()

try:
    print(demo2())
except ValueError:
    print("请输入正确的整数")
except Exception as result:
    print("未知错误 %s" % result)

04. 抛出 raise 异常

4.1 应用场景

• 在开发中，除了 代码执行出错 Python 解释器会 抛出 异常之外

• 还可以根据 应用程序 特有的业务需求 主动抛出异常

示例

• 提示用户 输入密码，如果 长度少于 8，抛出 异常

注意

• 当前函数 只负责 提示用户输入密码，如果 密码长度不正确，需要其他的函数进行额外处理

• 因此可以 抛出异常，由其他需要处理的函数 捕获异常

4.2 抛出异常

• Python 中提供了一个 Exception 异常类

• 在开发时，如果满足 特定业务需求时，希望 抛出异常，可以：

  1. 创建 一个 Exception 的 对象

  2. 使用 raise 关键字 抛出 异常对象

需求

• 定义 input_password 函数，提示用户输入密码

• 如果用户输入长度 < 8，抛出异常

• 如果用户输入长度 >=8，返回输入的密码

def input_password():

    # 1. 提示用户输入密码
    pwd = input("请输入密码：")

    # 2. 判断密码长度，如果长度 >= 8，返回用户输入的密码
    if len(pwd) >= 8:
        return pwd

    # 3. 密码长度不够，需要抛出异常
    # 1> 创建异常对象 - 使用异常的错误信息字符串作为参数
    ex = Exception("密码长度不够")

    # 2> 抛出异常对象
    raise ex

try:
    user_pwd = input_password()
    print(user_pwd)
except Exception as result:
    print("发现错误：%s" % result)

三、eval 函数

eval() 函数十分强大 —— 将字符串 当成 有效的表达式 来求值 并 返回计算结果

# 基本的数学计算
In [1]: eval("1 + 1")
Out[1]: 2

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

# 将字符串转换成列表
In [3]: type(eval("[1, 2, 3, 4, 5]"))
Out[3]: list

# 将字符串转换成字典
In [4]: type(eval("{'name': 'xiaoming', 'age': 18}"))
Out[4]: dict

案例 - 计算器

需求

1. 提示用户输入一个 加减乘除混合运算

2. 返回计算结果

input_str = input("请输入一个算术题：")

print(eval(input_str))

不要滥用 eval

在开发时千万不要使用 eval 直接转换 input 的结果

__import__('os').system('ls')

• 等价代码

import os

os.system("终端命令")

• 执行成功，返回 0

• 执行失败，返回错误信息