TemperatureConverter 类如何增强输入验证和错误处理？

Question

class TemperatureConverter:

def __init__(self):
    self.conversion_factors = {
        'CtoF': (lambda c: c * 9/5 + 32),
        'FtoC': (lambda f: (f - 32) * 5/9),
        'CtoK': (lambda c: c + 273.15),
        'KtoC': (lambda k: k - 273.15),
        'FtoK': (lambda f: (f - 32) * 5/9 + 273.15),
        'KtoF': (lambda k: (k - 273.15) * 9/5 + 32)
    }

def convert(self, value, from_unit, to_unit):
    key = from_unit + 'to' + to_unit
    if key in self.conversion_factors:
        return self.conversion_factors[key](value)
    else:
        raise ValueError("Invalid conversion units")

测试代码

converter = TemperatureConverter()

测试转换

print(converter.convert(100, 'C', 'F')) # 期望输出: 212.0
print(converter.convert(32, 'F', 'C')) # 期望输出: 0.0
print(converter.convert(0, 'C', 'K')) # 期望输出: 273.15
print(converter.convert(273.15, 'K', 'C')) # 期望输出: 0.0

复杂场景测试

print(converter.convert(100, 'C', 'K')) # 期望输出: 373.15
print(converter.convert(-40, 'F', 'C')) # 期望输出: -40.0
print(converter.convert(-273.15, 'C', 'K')) # 期望输出: 0.0

错误处理测试

print(converter.convert(100, 'C', 'X')) # 期望输出: ValueError

上面的代码定义了一个温度转换器类 TemperatureConverter，它可以在摄氏度（C）、华氏度（F）和开尔文（K）之间进行转换。请给出优化建议：

存在的问题如下：

1. 缺乏输入值验证：当传入非数字或无效的字符串时，程序可能会抛出异常或产生意外结果。
2. 未处理的边界条件：例如，处理极端温度值时可能会出现问题。
3. 错误的错误处理：在最后一个测试用例中，当输入无效的单位组合时，应该抛出一个 ValueError，但代码中的实现可能不够健壮。
4. 重复计算：转换过程中可能会有不必要的重复计算，优化潜力不大，但在更复杂的情况下可能会影响性能。

Answer 1

为了增强 TemperatureConverter 类的输入验证和错误处理，进行以下优化：

1. 输入值验证：确保输入的值是数字。
2. 单位验证：确保 from_unit 和 to_unit 是有效的单位。
3. 边界条件处理：处理极端温度值，比如开尔文温度不能为负。
4. 改进错误处理：改进错误处理机制，使其更加健壮和清晰。

下面是改进后的代码：

class TemperatureConverter:
    def __init__(self):
        self.conversion_factors = {
            'CtoF': (lambda c: c * 9 / 5 + 32),
            'FtoC': (lambda f: (f - 32) * 5 / 9),
            'CtoK': (lambda c: c + 273.15),
            'KtoC': (lambda k: k - 273.15),
            'FtoK': (lambda f: (f - 32) * 5 / 9 + 273.15),
            'KtoF': (lambda k: (k - 273.15) * 9 / 5 + 32)
        }
        self.valid_units = {'C', 'F', 'K'}

    def validate_input(self, value, from_unit, to_unit):
        if not isinstance(value, (int, float)):
            raise TypeError("Value must be a number")
        if from_unit not in self.valid_units or to_unit not in self.valid_units:
            raise ValueError(f"Invalid conversion units: {from_unit} to {to_unit}")
        if from_unit == 'K' and value < 0:
            raise ValueError("Kelvin temperature cannot be negative")

    def convert(self, value, from_unit, to_unit):
        self.validate_input(value, from_unit, to_unit)
        key = from_unit + 'to' + to_unit
        if key in self.conversion_factors:
            result = self.conversion_factors[key](value)
            if to_unit == 'K' and result < 0:
                raise ValueError("Resulting temperature in Kelvin cannot be negative")
            return result
        else:
            raise ValueError("Conversion from {} to {} is not supported".format(from_unit, to_unit))

# 测试代码
converter = TemperatureConverter()

# 测试转换
print(converter.convert(100, 'C', 'F'))  # 期望输出: 212.0
print(converter.convert(32, 'F', 'C'))   # 期望输出: 0.0
print(converter.convert(0, 'C', 'K'))    # 期望输出: 273.15
print(converter.convert(273.15, 'K', 'C')) # 期望输出: 0.0

# 复杂场景测试
print(converter.convert(100, 'C', 'K'))  # 期望输出: 373.15
print(converter.convert(-40, 'F', 'C'))  # 期望输出: -40.0
print(converter.convert(-273.15, 'C', 'K'))  # 期望输出: 0.0

# 错误处理测试
try:
    print(converter.convert("hundred", 'C', 'F'))  # 期望输出: TypeError
except Exception as e:
    print(e)

try:
    print(converter.convert(-300, 'C', 'K'))  # 期望输出: ValueError
except Exception as e:
    print(e)

try:
    print(converter.convert(100, 'C', 'X'))  # 期望输出: ValueError
except Exception as e:
    print(e)

改进说明

1. 输入值验证：validate_input 方法检查 value 是否为数字，并验证单位是否有效。
2. 单位验证：在 validate_input 方法中检查 from_unit 和 to_unit 是否在有效单位集合中。
3. 边界条件处理：添加了对开尔文温度不能为负的验证。
4. 改进错误处理：convert 方法中进一步细化了错误消息，使其更加清晰。
5. 确保输出合理：在结果计算后检查，如果 to_unit 为 K，确保结果不会为负。

通过改进，TemperatureConverter 类现在更加健壮，可以更好地处理无效输入和极端值。