[Python-6]Python异常机制

一、异常是什么

软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些问题，我们称之为异常，英文是：Exception，意思是例外。遇到这些例外情况，或者叫异常，我们怎么让写的程序做出合理的处理，安全的退出，而不至于程序崩溃呢？

工作中，程序遇到的情况不可能完美。比如：程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者文件格式不对；程序在运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。

1. 伪代码说明异常机制

如果我们要拷贝一个文件，在没有异常机制的情况下，我们需要考虑各种异常情况，伪代码如下：

这种方式，有两个坏处：

1. 逻辑代码和错误处理代码放一起！
2. 程序员本身需要考虑的例外情况较复杂，对程序员本身要求较高！

如上情况，如果是用Python的异常机制来处理，对比如下：

异常机制本质：当程序出现异常，程序安全的退出、处理完后继续执行的机制

python中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。下面较为完整的展示了python中内建异常类的继承层次：

python中一切都是对象，异常也采用对象的方式来处理。处理过程：

1. 抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给解释器。
2. 捕获异常：解释器得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常

二、try和except结构 

try...except是最常见的异常处理结构。结构如下：

try:
    被监控的可能引发异常的语句块
except  BaseException [as  e]:
    异常处理语句块

1. try块包含着可能引发异常的代码，except块则用来捕捉和处理发生的异常。
2. 执行的时候，如果try块中没有引发异常，则跳过ecept块继续执行后续代码；
3. 执行的时候，如果try块中发生了异常，则跳过try块中的后续代码，跳到相应的except块中处理异常；异常处理完后，继续执行后续代码。

遇到异常的执行顺序

#测试简单的0不能做除数异常
try:
    print("step1")
    a = 3/0
    print("step2")
except BaseException as e:
    print("step3")
    print(e)
​
print("step4")

除数为0，遇到异常输出结果：

step1
step3
division by zero
step4

循环输入数字，如果不是数字则处理异常；直到输入88，则结束循环。

while True:
    try:
        x = int(input("请输入一个数字："))
        print("您入的数字是",x)
        if x==88:
            print("退出程序")
            break
    except:
        print("异常：输入的不是一个数字")

执行结果：
请输入一个数字：10
您入的数字是 10
请输入一个数字：abc
异常：输入的不是一个数字
请输入一个数字：88
您入的数字是 88
退出程序

三、try...多个except结构

上面的结构可以捕获所有的异常，工作中也很常见。但是，从经典理论考虑，一般建议尽量捕获可能出现的多个异常（按照先子类后父类的顺序），并且针对性的写出异常处理代码。为了避免遗漏可能出现的异常，可以在最后增加BaseException。结构如下：

try:
    被监控的、可能引发异常的语句块
except  Exception1:
    处理Exception1的语句块
except  Exception2:
    处理Exception2的语句块
​
[...]
except  BaseException：
    处理可能遗漏的异常的语句块

 多个except结构

try:
    a = input("请输入被除数：")
    b = input("请输入除数：")
    c = float(a)/float(b)
    print(c)
​
except ZeroDivisionError:
    print("异常：除数不能为0")
except TypeError:
    print("异常：除数和被除数都应该为数值类型")
except BaseException as e:
    print(e)
    print(type(e))

执行结果：

请输入被除数：10
请输入除数：0
异常：除数不能为0

四、try...except...else结构

try...except...else结构增加了else块。如果try块中没有抛出异常，则执行else块。如果try块中抛出异常，则执行except块，不执行else块。

try...except...else结构执行测试

try:
    a = input("请输入被除数：")
    b = input("请输入除数：")
    c = float(a)/float(b)
except BaseException as e:
    print(e)
else:
    print("除的结果是：",c)

发生异常的执行情况（执行except块，没有执行else）：
请输入被除数：5
请输入除数：0
float division by zero

没有发生异常的执行情况（执行完try块后，执行else）：
请输入被除数：10
请输入除数：5
除的结果是： 2.0

五、try...except...finally结构

try...except...finally结构中，finally块无论是否发生异常都会被执行；通常用来释放try块中申请的资源。

try...except...finally结构简单测试

try:
    a = input("请输入一个被除数：")
    b = input("请输入一个除数：")
    c = float(a)/float(b)
except BaseException as  e:
    print(e)
else:
    print(c)
finally:
    print("我是finally中的语句，无论发生异常与否，都执行！")
​
print("程序结束！")

执行结果如下：

请输入被除数：10
请输入除数：0
float division by zero
我是finally中的语句，无论是否发生异常都执行

读取文件，finally中保证关闭文件资源

try:
    f = open("d:/a.txt",'r')
    content = f.readline()
    print(content)
except BaseException as e:
    print(e)
finally:
    f.close()       #释放资源。此处也可能会发生异常。若发生异常，则程序终止,不会继续往下执行
​
print("step4")

发生异常的执行结果：

Traceback (most recent call last):
[Errno 2] No such file or directory: 'd:/a.txt'
  File "...mypro_exception/my01.py", line 8, in <module>
    f.close()       #释放资源。此处也可能会发生异常。若发生异常，则程序终止,不会继续往下执行
NameError: name 'f' is not defined
​
Process finished with exit code 1

六、return语句和异常处理问题

由于return有两种作用：结束方法运行、返回值。我们一般不把return放到异常处理结构中，而是放到方法最后。

return和异常结构的正确处理方式

def test01():
    print("step1")
    try:
        x = 3/0
       # return "a"
    except:
        print("step2")
        print("异常：0不能做除数")
        #return "b"
    finally:
        print("step4")
        #return "d"
​
    print("step5")
    return "e"         
#一般不要将return语句放到try、except、else、finally块中，会发生一些意想不到的错误。建议放到方法最后。
print(test01())

执行结果：

step1
step2
异常：0不能做除数
step4
step5
e

七、常见异常 

• SyntaxError：语法错误

    int a =3 
        ^
SyntaxError: invalid syntax

• NameError：尝试访问一个没有申明的变量

    print(a)
NameError: name 'a' is not defined

•  ZeroDivisionError：除数为0错误（零除错误）

    a = 3/0
ZeroDivisionError: division by zero

•  ValueError：数值错误

    float("abc")
ValueError: could not convert string to float: 'abc'

• TypeError：类型错误

    123+"abc"
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

•  AttributeError：访问对象的不存在的属性

a=100
a.sayhi()
​
AttributeError: 'int' object has no attribute 'sayhi'

•  IndexError：索引越界异常

a = [4,5,6]
a[10]
​
IndexError: list index out of range

• KeyError：字典的关键字不存在

a = {'name':"pig",'age':18}
a['salary']

KeyError: 'salary'

异常名称	说明
ArithmeticError	所有数值计算错误的基类
AssertionError	断言语句失败
AttributeError	对象没有这个属性
BaseException	所有异常的基类
DeprecationWarning	关于被弃用的特征的警告
EnvironmentError	操作系统错误的基类
EOFError	没有内建输入,到达EOF 标记
Exception	常规错误的基类
FloatingPointError	浮点计算错误
FutureWarning	关于构造将来语义会有改变的警告
GeneratorExit	生成器(generator)发生异常来通知退出
ImportError	导入模块/对象失败
IndentationError	缩进错误
IndexError	序列中没有此索引(index)
IOError	输入/输出操作失败
KeyboardInterrupt	用户中断执行(通常是输入^C)
KeyError	映射中没有这个键
LookupError	无效数据查询的基类
MemoryError	内存溢出错误(对于Python 解释器不是致命的)
NameError	未声明/初始化对象 (没有属性)
NotImplementedError	尚未实现的方法
OSError	操作系统错误
OverflowError	数值运算超出最大限制
OverflowWarning	旧的关于自动提升为长整型(long)的警告
PendingDeprecationWarning	关于特性将会被废弃的警告
ReferenceError	弱引用(Weak reference)试图访问已经垃圾回收了的对象
RuntimeError	一般的运行时错误
RuntimeWarning	可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
StandardError	所有的内建标准异常的基类
StopIteration	迭代器没有更多的值
SyntaxError	Python 语法错误
SyntaxWarning	可疑的语法的警告
SystemError	一般的解释器系统错误
SystemExit	解释器请求退出
TabError	Tab 和空格混用
TypeError	对类型无效的操作
UnboundLocalError	访问未初始化的本地变量
UnicodeDecodeError	Unicode 解码时的错误
UnicodeEncodeError	Unicode 编码时错误
UnicodeError	Unicode 相关的错误
UnicodeTranslateError	Unicode 转换时错误
UserWarning	用户代码生成的警告
ValueError	传入无效的参数
Warning	警告的基类
WindowsError	系统调用失败
ZeroDivisionError	除(或取模)零 (所有数据类型)

八、with上下文管理 

finally块由于是否发生异常都会执行，通常我们放释放资源的代码。其实，我们可以通过with上下文管理，更方便的实现释放资源的操作。

with上下文管理的语法结构如下：

with  context_expr [ as  var]：
    语句块

with上下文管理可以自动管理资源，在with代码块执行完毕后自动还原进入该代码之前的现场或上下文。不论何种原因跳出with块，不论是否有异常，总能保证资源正常释放。极大的简化了工作，在文件操作、网络通信相关的场合非常常用。

with上下文管理文件操作

with open("d:/bb.txt") as f:
    for line in f:
        print(line)

执行结果：
abc
def
ghi

九、traceback模块和生成异常日志

使用traceback模块打印异常信息 

import traceback
​
try:
    print("step1")
    num = 1/0
except:
    traceback.print_exc()

运行结果：

step1
Traceback (most recent call last):
  File "...mypro_exception/my01.py", line 7, in <module>
    num = 1/0
ZeroDivisionError: division by zero
​
Process finished with exit code 0

使用traceback将异常信息写入日志文件

#coding=utf-8
import traceback

try:
    print("step1")
    num = 1/0
except:
    with open("d:/a.log","a") as f:
        traceback.print_exc(file=f)

十、自定义异常类

程序开发中，有时候我们也需要自己定义异常类。自定义异常类一般都是运行时异常，通常继承Exception或其子类即可。命名一般以Error、Exception为后缀。

自定义异常由raise语句主动抛出。

自定义异常类和raise语句

#测试自定义异常类
​
class AgeError(Exception):  #继承Exception
    def __init__(self,errorInfo):
        Exception.__init__(self)
        self.errorInfo = errorInfo
    def __str__(self):
        return str(self.errorInfo)+",年龄错误！应该在1-150之间"
​
​
############测试代码################
if __name__ == "__main__":   #如果为True，则模块是作为独立文件运行，可以执行测试代码
    age = int(input("输入一个年龄:"))
    if age<1 or age>150:
        raise AgeError(age)
    else:
        print("正常的年龄：",age)

执行结果：

输入一个年龄:200
Traceback (most recent call last):
  File "...mypro_exception/my10.py", line 16, in <module>
    raise AgeError(age)
__main__.AgeError: 200,年龄错误！应该在1-150之间

自定义异常类一般都是运行时异常，通常继承Exception或其子类即可。命名一般以Error、Exception为后缀。

自定义异常由raise语句主动抛出。