Python 简明教程 --- 23，Python 异常处理

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我们在编写程序时，总会不自觉的出现一些错误，比如逻辑错误，语法错误和一些其它的运行时错误等。

逻辑错误： 这种错误不会导致程序崩溃，它不容易被发现，只有在执行结果不是我们预期的时候，才会被发现。
语法错误： 这种错误是不符合语法规定的错误，说白了，就是编译器或者解释器无法理解的代码。出现这种错误时，程序是不能运行的。
其它运行时错误： 这种错误是程序在运行的过程中出现的，一般情况下不会出现，但是极端情况下会出现，是程序编写者考虑不够周全导致的。

在写程序时一定要把所有的情况都考虑到，并且处理掉，不能有侥幸心理（认为某种情况不会出现）。在程序中，只要是有可能出现的情况，那就一定会出现。

程序员也喜欢将这些错误戏称为bug，bug代表软件系统中的漏洞或缺陷，bug需要修正，否则程序是无法正常运行的。重要的软件系统如果出现漏洞，会带来巨大的危害。因此，在软件初步完成后，要进行严格的，全面的测试，否则将漏洞百出。

Python 中提供了一套处理错误的机制，叫做异常。

比较普通的处理错误的方法，是使用if 语句 或断言assert来对各种情况进行判断，从而进行相应的处理。而异常是一种更加高级的处理错误的机制。

1，常见异常

我们来看一些Python 中常见的异常。

SyntaxError 异常

Python 语言有自己的语法格式和规则，如果我们没有遵守这些规则，将会出现异常：

>>> print('abc')- # 右括号后边有一个横线
  File "<stdin>", line 1
    print('abc')-
                ^
SyntaxError: invalid syntax

上尖括号^指出了异常出现的的位置。

NameError 异常

如果我们使用了一个未定义的变量，将会出现该异常：

>>> print(a)  # a 变量未定义
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

ZeroDivisionError 异常

进行除法运算时，如果除数为0，将会该异常：

>>> 1 / 0 # 除数为 0
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: division by zero

如果程序没有处理异常，在异常出现时，将会崩溃退出，Python 解释器会为你定位到异常出现的位置，有助于快速的解决异常。

2，处理异常

异常需要捕获，从而处理异常。如果在发生异常时，这个异常没有被捕获处理，这个异常将会一层一层的向上抛，直到这个异常被捕获处理，或者程序崩溃。

try except 语句

在Python 中使用try 语句块来捕获异常，在except 语句块中处理异常。

我们一般将有可能出现异常的语句放在try 语句块中，在except 语句块中编写处理异常的措施。

比如，我们有如下代码：

def hello(s):
    print('hello %s' % s)

hello('123', 'abc')

其中hello 函数的定义是需要接收一个参数，而在调用时，传递了两个参数，运行此代码将出现如下异常：

Traceback (most recent call last):
  File "Test.py", line 8, in <module>
    hello('123', 'abc')
TypeError: hello() takes 1 positional argument but 2 were given

代码在遇到异常时，会在异常代码处抛出异常，后边的代码将不会再执行。如果异常代码没有处理，程序将崩溃退出。

我们可以这样处理该异常：

try:
    hello('123', 'abc')
except Exception as e:
    print(e)

我们将调用语句放在了try 语句块中，这样就可以捕获异常。except 关键字的后边是要捕获的异常的名字，as 后边是捕获到的异常 e。在except 语句块中，我们只是将捕获到的异常打印了出来，运行该代码，结果如下：

hello() takes 1 positional argument but 2 were given

可见错误被打印了出来。我们还可以在打印错误之后，再正确的调用hello 函数：

try:
    hello('123', 'abc')
except Exception as e:
    print(e)
    hello('123')

运行结果如下：

hello() takes 1 positional argument but 2 were given
hello 123

可见，运行到hello('123', 'abc') 时，出现异常，然后代码执行到except 语句块，print(e) 将错误打印出来，又执行了hello('123')。

打印异常是最简单的处理异常的方式，在工作中，我们会将异常信息记录在日志文件中，这样可以将异常记录下来，以便处理异常。

一般在捕获异常时，尽量只在try 语句块中编写有可能发生异常的代码，基本不会发生异常的语句不要写在try 块中，这样可以减少try 块中的代码量，有助于定位问题。

except 语句

except 关键字后边可以跟一个异常名字，也可以跟一组异常名字，一组异常时，将多个异常的名字写在一个元组中，语法如下：

except (Error1, Error2...):
    pass

一个try 语句中，也可以包含多个except 语句块，语法如下：

try:
    # 代码块
except Error1 as e:
    # 处理 Error1
except Error2 as e:
    # 处理 Error2
    .
    .
    .
except:
    e = sys.exc_info()[0])
    pass

多个except 语句块时，Python 解释器会从上到下依次判断异常的类型，直到符合某个异常时，会执行对应的语句块中的代码，在该except 块之后的except 块将被忽略。

其中，最后一个except 块可以省略异常的名字，这种格式可以匹配任意的异常，在该块中，可以使用sys.exc_info()[0] 来获取异常。

在有多个except 语句块时，要注意，前边的异常的范围应该小于等于后边的异常的范围，否则，后边的except 块将没有意义。

else 语句

Python 中，try... except... 之后还可以有一个else语句块，except 语句块是在遇到异常时执行的，else 语句块是在没有遇到异常时执行的。

发生异常时，示例：

try:
    hello('123', 'abc')
except Exception as e:
    print('发生异常')
    print(e)
else:
    print('没有发生异常')

上面的代码中，执行到hello('123', 'abc') 时会发生异常，然后会进入到except 语句块，else 语句不会被执行，执行结果如下：

发生异常
hello() takes 1 positional argument but 2 were given

没有发生异常时，示例：

try:
    hello('123')
except Exception as e:
    print('发生异常')
    print(e)
else:
    print('没有发生异常')

上面代码中的try 语句块不会发生异常，那么except 语句就不会执行，else 语句会执行，结果如下：

hello 123
没有发生异常

注意：

else 语句的使用频率并不高。

finally 语句

finally 语句块无论是否异常都会被执行，该语句块经常用在需要关闭系统资源的情况下。

没有发生异常时，示例如下：

try:
    hello('123')
except Exception as e:
    print('发生异常')
    print(e)
else:
    print('没有发生异常')
finally:
    print('执行了 finally 语句块')

上面代码中，try 语句块没有发生异常，else 与 finally 都被执行，except 语句块没有执行。运行结果如下：

hello 123
没有发生异常
执行了 finally 语句块

发生异常时，示例如下：

try:
    hello('123', 'abc')
except Exception as e:
    print('发生异常')
    print(e)
else:
    print('没有发生异常')
finally:
    print('执行了 finally 语句块')

上面代码中，try 语句块发生异常，except 与 finally 都被执行，else 语句块没有执行。运行结果如下：

发生异常
hello() takes 1 positional argument but 2 were given
执行了 finally 语句块

注意：

else 语句块与finally 语句块可以同时存在，也可以同时不存在，也可以一个存在一个不存在，互不影响。

3，抛出异常

raise 异常

如果你捕获了一个异常，却不想彻底解决这个异常，而想将该异常向上层抛出，可以使用raise 关键字。

raise 用于抛出异常，其后可以跟一个异常对象，或者什么也不跟。

raise 后跟一个异常对象：

raise Exception('这里发生了错误')

raise 后什么也不跟：

try:
    hello('123', 'abc')
except Exception as e:
    print('发生异常')
    raise

Python 解释器会记录最后一个发生的异常，raise 会将最后一个异常抛出。上面代码中的raise 相当于raise e。

assert 断言

assert 语句称为断言，就是判断某个表达式是否为真：

表达式为True 时，正常通过
表达式为False 时，抛出AssertionError 异常

示例如下：

表达式1 == 1为True，没有反应：

>>> assert 1 == 1

表达式1 == 0为False，抛出异常：

>>> assert 1 == 0
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError

4，Python 异常层次结构

Python 异常层次结构如下：

BaseException
 +-- SystemExit
 +-- KeyboardInterrupt
 +-- GeneratorExit
 +-- Exception
      +-- StopIteration
      +-- StopAsyncIteration
      +-- ArithmeticError
      |    +-- FloatingPointError
      |    +-- OverflowError
      |    +-- ZeroDivisionError
      +-- AssertionError
      +-- AttributeError
      +-- BufferError
      +-- EOFError
      +-- ImportError
      |    +-- ModuleNotFoundError
      +-- LookupError
      |    +-- IndexError
      |    +-- KeyError
      +-- MemoryError
      +-- NameError
      |    +-- UnboundLocalError
      +-- OSError
      |    +-- BlockingIOError
      |    +-- ChildProcessError
      |    +-- ConnectionError
      |    |    +-- BrokenPipeError
      |    |    +-- ConnectionAbortedError
      |    |    +-- ConnectionRefusedError
      |    |    +-- ConnectionResetError
      |    +-- FileExistsError
      |    +-- FileNotFoundError
      |    +-- InterruptedError
      |    +-- IsADirectoryError
      |    +-- NotADirectoryError
      |    +-- PermissionError
      |    +-- ProcessLookupError
      |    +-- TimeoutError
      +-- ReferenceError
      +-- RuntimeError
      |    +-- NotImplementedError
      |    +-- RecursionError
      +-- SyntaxError
      |    +-- IndentationError
      |         +-- TabError
      +-- SystemError
      +-- TypeError
      +-- ValueError
      |    +-- UnicodeError
      |         +-- UnicodeDecodeError
      |         +-- UnicodeEncodeError
      |         +-- UnicodeTranslateError
      +-- Warning
           +-- DeprecationWarning
           +-- PendingDeprecationWarning
           +-- RuntimeWarning
           +-- SyntaxWarning
           +-- UserWarning
           +-- FutureWarning
           +-- ImportWarning
           +-- UnicodeWarning
           +-- BytesWarning
           +-- ResourceWarning

可参考这里：

https://docs.python.org/3/library/exceptions.html#exception-hierarchy

这些都是内建异常，BaseException 是所有异常的父类，我们使用最多的是Exception 及其子类。可以使用help(类名)来查看每个类的详情。

5，自定义异常

有时候，我们需要定义自己的异常类，来满足自己的需求。

我们已经知道，Python 异常类有自己的层次结构，所有的类都直接或者间接继承了BaseException。因此，用户自定义的异常类，也需要满足这种层次结构。

一般情况下，自定义异常需要继承Exception 类。如下：

class MyError(Exception):
    pass

MyError 类的使用方式，跟内建异常类的使用方式一样。你可以根据自己的需要，为MyError 类编写相应的构造方法，和其它类方法。

如果没有为MyError 编写构造方法，那么MyError 就继承了Exception 的构造方法。

6，调试错误

程序编写完成后不一定是正确的，当发现有错误时，就需要定位错误的位置。

最普遍，最简单的调错的方法就是打印某个变量，通过输出变量的值，来查看其是否是你想要的结果。

另一种比较高效，有力的调试代码的方式是单步调试，即是通过设置断点，深入到代码内部，一步一步的跟踪查看代码的执行结果是否正确，从而达到修正代码的目的。

在C 语言中有一个非常著名的工具叫做gdb，这是一款强大的调试工具。Python 中也有类似的一款工具叫做pdb，它使用起来要比gdb 简单许多。

在Python 中，pdb 是一个模块，所以，在使用之前要先使用import pdb 将该模块引入。然后，在需要调试代码的地方，使用pdb.set_trace() 方法来设置断点，在代码执行到此处时，Python 解释器就会从此处开始让你调式代码。

如下代码，文件名为Test.py：

#! /usr/bin/env python3

# 引入 pdb 模块
import pdb

def hello(s):
    print('hello %s' % s)

# 设置断点
pdb.set_trace()

hello('python')
hello('java')

我们使用python3 来运行该程序，如下：

$ python3 Test.py 
> ~/Test.py(12)<module>()
-> hello('python')
(Pdb)

可以看到代码在hello('python')之前暂停并进入断点，控制台显示出(Pdb)，我们可以在这个后面输入Python 代码或者pdb 支持的命令。

pdb 常用命令如下：

n：进行下一步代码，即单步执行
c：代码执行到下一个断点处，如果没有下一个断点，则执行到程序结束
s：在遇到函数时，使用s 命令，可以进入函数内部
l：列出当前语句周围的10行代码
p：用于输出变量的值，相当于print 函数

（完。）

推荐阅读：

Python 简明教程 — 18，Python 面向对象

Python 简明教程 — 19，Python 类与对象

Python 简明教程 — 20，Python 类中的属性与方法

Python 简明教程 — 21，Python 继承与多态

Python 简明教程 — 22，Python 闭包与装饰器

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