第十九章 一些好東西與除錯技巧
這份講義的目標是儘量使用最少語法來完成 python 程式的撰寫。遇到有數種方法可以解決問題時，我們會選擇其中一個，並且先不提另外一個，以完成任務為優先考量。
但學習多種處理問題的方式，就像手上擁有不同工具，遇到不同的問題能選擇更適合的方式，有助於寫出更高效率的程式。
本章將介紹一些 python 的特性或語法，讓你更了解 python，並且細說除錯的細節。
19-1 生成器表達式
還記得列表的表達式嗎？以下範例產生一個 1 到 10 的平方列表：
lst = [x**2 for x in range(1, 11)]
print(lst)
# [1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]語法上，生成器表達式很像列表表達式，只是把中括號換成小括號而已。改寫上面的範例為生成器表達式：
g = (x**2 for x in range(1, 11))
print(g)
# <generator object <genexpr> at 0x00000204E01E9430>這裡的小括號不是數組，而是生成器表達式的語法。從顯示結果可以看到 generator object (生成器物件) 關鍵字與十六進位的記憶體位置。
生成器表達式可以被遍歷，可以使用 next 函數來取值：
g = (x**2 for x in range(1, 11))
x = next(g)
# x = 1
x = next(g)
# x = 4
for i in g:
print(i)
# 9
# 25
# ...
# 100
next(g)
#Traceback (most recent call last):
# File "D:\test.py", line 12, in <module>
# next(g)
#StopIteration它會記住移動元素的位置，從下一個元素開始操作。已經到最後一個元素再繼續 next 取值，就會發生錯誤。
以下是應用在 sum 累加函數的例子：
>>> sum(x**2 for x in range(5))
30也可將生成器表達式轉成其他內建資料型態，如使用 list() 轉成列表。
19-2 any 與 all 函數
介紹這兩個內建函數給大家。any 接受一系列布林值，只要其中有 True 就回傳 True，參數不管是列表或生成器都可以，如下範例：
>>> any([False, False, True])
True
>>> any(letter == 't' for letter in 'monty')
True看起來雖然與 in 運算子的功能差不多，改寫一個之前自訂的函數比較看得出差異：
def avoids(word, forbidden):
return not any(letter in forbidden for letter in word)
word = ['yes', 'no', 'good']
forbidden = ['no', 'j']
print(avoids(word, forbidden))
# False搭配生成器表達式來使用時，遇到 True 就會停止，才不會浪費資源來計算整個序列。
all 函數跟 any 不同的地方，在於所有的元素皆為 True 才回傳 True。
def hasSameElement(word1, word2):
return all(letter in word2 for letter in word1)
word1 = ['yes', 'no', 'good']
word2 = ['no', 'yes', 'good', 'baby']
print(hasSameElement(word1, word2))
# True上例中，如果 word1 的所有單字都在 word2 裡面，那就回傳 True。
19-3 Counters
Counters 類似 set (集合)，每個相同的元素只會有一個，它會計算每個元素出現的次數，被定義在 collections 模組中，可以使用字串或列表來對其初始化：
>>> from collections import Counter
>>> count = Counter('parrot')
>>> count
Counter({'r': 2, 't': 1, 'o': 1, 'p': 1, 'a': 1})結果看起來很像字典，鍵值對就是字母與出現次數。和字典不同的地方在於使用不存在的元素不會報錯，而是回傳 0：
>>> count['d']
0改寫之前的函數來更快速地比較字母出現的次數：
def isAnagram(word1, word2):
return Counter(word1) == Counter(word2)如果這兩個參數互為字迷 (tide 與 edit)，字元個數一定是一樣的，所以結果會相同。
19-4 語法錯誤
語法錯誤是最常發生的，在熟悉 python 一陣子後，這樣的錯誤就會愈來愈少。出現錯誤時，直譯器給我們的訊息，通常不利於除錯，例如：
- SyntaxError: invalid syntax
- SyntaxError: invalid token
需要檢查的地方，除了給定的錯誤行號外，它的前一兩行也該確認一下，幸好語法錯誤是比較容易發現的。
從網頁上或檔案裡複製程式碼時，必須確認縮排、空格、單字是否拼錯、符號是否打錯等。
以下提出一些建議，來避免語法錯誤的發生：
- 確認自己沒有使用到 python 的關鍵字來當作變數名稱。
- 確認語句的末尾是否漏掉冒號，像是 if, for, while, def 等敘述。
- 確認所有的字串外都有使用成對的引號包住，並且是正引號而非反引號。
- 如果使用了多行字串，確認三個引號的數量是否正確，有無遺漏結束的三個引號。
- 確認成對的括號有沒有結束在正確的位置，如
( ), [ ], { }等。 - 檢查比較運算子的 == 是否少了一個等號，這是個典型錯誤。
- 確認縮排的符號，tab 與空白不可混用，建議使用支援 python 縮排的編輯器，有助於發現此類錯誤。
- 如果使用了非 ascii 字元，像是中文等，不管是字串或註解，都有可能產生問題，雖然 python 3 已經完整支援，還是要注意。
當你一直修改程式，但還是得到一樣的錯誤時，可以注意以下幾點：
- 可能執行的程式與正在修改的程式，不是同一個。
- 撰寫新程式碼沒有存檔就執行直譯器，這時候直譯器載入的程式碼是舊的。
- 已經更改新檔名，但直譯器還在執行舊程式。
- 開發環境的某些設定不正確。請參考相關手冊或說明。
- 撰寫自己的模組或函數時，避免與內建函數名稱相同。
- 使用 import 載入模組時，記得重新執行程式才會生效。
試著在檔案開頭列印一些文字或故意產生新的語法錯誤，看看直譯器是否能發現。若沒有，則確定正在執行不同的程式。
19-5 執行錯誤
當程式語法都正確時，才能被執行。如果發生語法錯誤，就不會出現執行錯誤，兩種錯誤不會同時存在。
- 如果程式好像什麼事都沒做，可能是因為沒有實際調用類別或函數。若只有定義，程式不會有任何作用。
- 當程式執行到一半卡住時，可能有無窮迴圈或無限遞迴函數存在。試著在懷疑區塊的開始與結束加入 print 語句來確認。
# 測試無窮迴圈
while x > 0 and y < 0 :
# 做某些事
print('x:', x)
print('y:', y)
print('while 運算式：', (x > 0 and y < 0))通常無限遞迴在執行一段時間後會因為遞迴深度超出而終止程式，並且顯示錯誤訊息。
一樣可以使用 print 語句來輸出，確認是否正確，並找出有問題的演算法，重新思考與測試相關敘述。
- 當程式執行時發生異常，python 會顯示包含錯誤行號、訊息及回溯調用函數的過程。試看看能否根據這些資訊來發現問題，可能的錯誤有：
- NameError: 名稱錯誤，正在使用不存在的變數，確認是否有拼錯字的問題，還是使用了已經不存在的區域變數(無法跨區)。
- TypeError: 型態錯誤，有一些可能的原因：
- 使用不當的值，像是索引只能是整數。
- 使用格式化指定的型態與給定的不符，如
%s卻給了數字變數。 - 給定的參數數量與原始定義不符，或者忘記自訂方法的第一個參數是 self，需檢查函數或方法的定義。
- KeyError: 使用了不存在字典裡的鍵來取值。
- AttributeError: 使用了不存在的屬性或方法，檢查是否有拼錯字，可以使用 vars 內建函數來列出類別內已存在的屬性。
- IndexError: 使用超過範圍的索引操作列表或字串等型態。
- 如果使用太多 print 來輸出而混亂，通常是因測試程式時到處散落的 print 所致。有兩種方法來改善：
- 簡化輸出：刪除一些 print，或者合併多個 print 為一個，將 print 的輸出資訊優化成比較完整的顯示才不會錯亂，像是帶入變數名稱等。
- 簡化程式：縮小正在處理的問題，將程式簡單化，像是本來在遍歷列表，就減少列表內容，原本讓使用者的輸出改成可能出現問題的固定資料，整理程式，刪除沒必要的程式碼，重新架構程式邏輯。例如多層迴圈可能有問題，那就改寫它，將大函數再拆成數個小函數。
19-6 語意錯誤
這是最難除錯的錯誤類型，因為 python 直譯器不會給出任何錯誤訊息，而且只有開發者知道程式應該做什麼才是正確的。
設法讓程式行為與內容關聯，需要假設程式應該做哪些事，程式執行的速度通常快於人類，應該設法讓它慢下來與我們對話，便於除錯。
除了設定與使用除錯工具外，在適當的位置插入 print 來顯示資訊，可能是最快的方法。
- 當程式不運作時，問自己以下問題：
- 找到應該執行而未執行的程式片段，檢查問題並修復，讓它在該被執行時執行。
- 檢查不該被執行卻執行的程式片段，是否在什麼條件下不小心讓它執行了。
- 程式執行結果不如預期，仔細檢查程式的敘述和我們想要的結果是否一致，搭配小測試會更實際。寫程式不能靠想像，而是要腳踏實地地確認每個敘述。如果引用了 python 模組或函數，需要仔細閱讀文件避免誤用；若是自己撰寫的程式，應該把它分成不同的小區塊進行單元測試；如果舊的程式碼落實了檢測，那麼只可能在新撰寫的程式上發生問題，如此需要檢查的範圍會小很多。
- 遇到較複雜的運算式發生錯誤：把它拆成數個小段，每一段都印出結果，看看得到的值是不是原本期待的，如下範例：
self.hands[i].addCard(self.hands[self.findNeighbor(i)].popCard())
# 改寫成
neighbor = self.findNeighbor(i)
pickedCard = self.hands[neighbor].popCard()
self.hands[i].addCard(pickedCard)追蹤上面改寫的三個變數，就能發現問題點。
複雜運算式也可能遇到運算子執行順序與期待不同的狀況，如下範例：
y = x / 2 * math.pi
# 乘與除的優先順序相同，所以會由左至右執行，結果會是 xpi /2
# 解決方式是加小括號，調整優先順序
y = x / (2 * math.pi)
# 這樣對於不確定執行順序的情況很有幫助，可讀性也大大提升了- 有個返回了非預期結果的函數：那就在 return 之前印出結果來確認，例如：
return self.hands[i].removeMatches()
# 改寫成
count = self.hands[i].removeMatches()
print(count)
# 這樣就可以在回傳之前知道結果正不正確- 如果經過上述的測試，還找不出問題，可能會覺得沮喪、憤怒、電腦討厭我，或認為要在桌上放乖乖，程式才能正常。這時可以離開電腦幾分鐘，反向思考為何程式會有這樣的反應。有時除錯的靈感不一定會在電腦前出現，可能上完廁所、喝個下午茶，或一覺醒來就產生靈感。
- 承上，最強的程式設計師也可能遇到困境，一直卡在同一個程式裡，可能讓你產生盲點，需要一雙新鮮的眼睛來幫忙。但在請求他人協助前，需要做好以下準備：
- 已經加上程式註解。
- 有充份的 print 顯示語句。
- 足夠了解問題與程式架構，以便於提供幫助者相關訊息。
- 如果有錯誤訊息，應當顯示出來。
- 發生錯誤前，你做了什麼事，修改或增加了哪些程式碼？
- 發生錯誤後，你做了哪些努力、學習或嘗試了什麼？
程式設計師的目標不只是讓程式運作，而是學習怎麼讓程式運作。
動動腦
- 選擇檔案的方法
import wx
app = wx.App()
print(app)
# wx.core.App object
filename = wx.FileSelector('請選擇檔案')
print(filename)習題
練習 1 檔名： 19-1.py
仔細檢查下列程式，它們的錯誤類型和問題是什麼？該怎麼修正？
(1)
x = input('x = ', x)
y = input('y = ', y)
if x > 3 and y < 10
print(x, y)
else
print('ending')(2)
while x < 100:
x = input('請輸入：')
print('ending')(3)
lst = [10, 20, 30, 40, 50]
lst.pop(min(lst))
lst.pop(max(lst))
avg = sum(lst) / len(lst)
print('avg =', avg)練習 2 檔名： 19-2.py
以生成器表達式改寫下列程式：
ans = []
qtn = [1, 3, 5]
for x in qtn:
x *= 10
ans.append(x+1)練習 3 檔名： 19-3.py
請使用更簡化的寫法來改寫以下函數：
def getSmallNumberCount(lst):
count = 0
lst.sort()
small = lst[0]
for i in lst:
if small == i:
count = count + 1
return count
number_list = [10, 30, 6, 7, 50, 6, 7, 8]
print(getSmallNumberCount(number_list))影片
最後更新：2021-11-26 22:39:14
From： 111.249.153.227
By： 特種兵
