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Python异常处理

Python编程 彭东稳 3154次浏览 已收录 0个评论

一、异常

在程序运行过程中,总会遇到各种各样的问题和错误。有些错误是我们编写代码时自己造成的,比如语法错误、调用错误,甚至逻辑错误。还有一些错误,则是不可预料的错误,但是完全有可能发生的,比如文件不存在、磁盘空间不足、网络堵塞、系统错误等等。这些导致程序在运行过程中出现异常中断和退出的错误,我们统称为异常。大多数的异常都不会被程序处理,而是以错误信息的形式展现出来。

异常有很多种类型,Python内置了几十种常见的异常,就在builtins模块内,无需特别导入,直接就可使用。需要注意的是,所有的异常都是异常类,首字母是大写的!

在发生异常的时候,Python会打印出异常信息,信息的前面部分显示了异常发生的上下文环境,并以调用栈的形式显示具体信息。异常类型作为信息的一部分也会被打印出来,例如ZeroDivisionError,NameError和TypeError。

为了保证程序的正常运行,提高程序健壮性和可用性。我们应当尽量考虑全面,将可能出现的异常进行处理,而不是留在那里,任由其发生。所以高级语言通常都内置了一套try…except…finally…的错误处理机制,Python也不例外。

二、异常处理

下面用一个例子来让来看看try…except…finally机制:

当我们认为某些代码可能会出错时,就可以用try来运行这段代码,如果执行出错,则后续代码不会继续执行,而是直接跳转至错误处理代码,即except语句块,执行完except后,如果有finally语句块,则执行finally语句块,所以finally语句可有可无;至此,执行完毕。

上面的代码在计算10/0时会产生一个除法运算错误,所以执行结果如下:

从输出可以看到,当错误发生时,后续语句print('result:', r)不会被执行,except由于捕获到ZeroDivisionError,因此被执行。最后,finally语句被执行。然后,程序继续按照流程往下走。

如果把除数0改成2,则执行结果如下:

由于没有错误发生,所以except语句块不会被执行,但是finally如果有,则一定会被执行(可以没有finally语句)。

处理程序将只针对对应的try子句中的异常进行处理,而不是其他的try的处理程序中的异常。一个except子句也可以同时处理多个异常,这些异常将被放在一个括号里成为一个元组,例如:

上面说了错误应该有很多种类型,如果发生了不同类型的错误,应该由不同的except语句块处理。没错,可以有多个except来捕获不同类型的错误,但最多只有一个分支会被执行:

int()函数可能会抛出ValueError,所以我们用一个except捕获ValueError,用另一个except捕获ZeroDivisionError

最后一个except子句可以忽略异常的名称,它将被当作通配符使用。你可以使用这种方法打印一个错误信息,然后使用raise再次把异常抛出。

此外,如果没有错误发生,可以在except语句块后面加一个else,当没有错误发生时,会自动执行else语句:

Python的错误其实也是class,所有的错误类型都继承自BaseException,所以在使用except时需要注意的是,它不但捕获该类型的错误,还把其子类也“一网打尽”。比如:

第二个except永远也捕获不到UnicodeError,因为UnicodeErrorValueError的子类,如果有,也被第一个except给捕获了。

Python所有的错误都是从BaseException类派生的,常见的错误类型和继承关系看这里:https://docs.python.org/3/library/exceptions.html#exception-hierarchy

使用try...except捕获错误还有一个巨大的好处,就是可以跨越多层调用,比如函数main()调用foo()foo()调用bar(),结果bar()出错了,这时,只要main()捕获到了,就可以处理:

调用main函数,得到如下结果:

也就是说,不需要在每个可能出错的地方去捕获错误,只要在合适的层次去捕获错误就可以了。这样一来,就大大减少了写try...except...finally的麻烦。

三、调用堆栈

如果错误没有被捕获,它就会一直往上抛,最后被Python解释器捕获,打印一个错误信息,然后程序退出。来看看err.py

执行,结果如下:

出错并不可怕,可怕的是不知道哪里出错了。解读错误信息是定位错误的关键。我们从上往下可以看到整个错误的调用函数链:

错误信息第1行:

告诉我们这是错误的跟踪信息。

第2~3行:

调用main()出错了,在代码文件err.py的第11行代码,但原因是第9行:

调用bar(‘0′)出错了,在代码文件err.py的第9行代码,但原因是第6行:

原因是return foo(s) * 2这个语句出错了,但这还不是最终原因,继续往下看:

原因是return 10 / int(s)这个语句出错了,这是错误产生的源头,因为下面打印了:

根据错误类型ZeroDivisionError,我们判断,int(s)本身并没有出错,但是int(s)返回0,在计算10 / 0时出错,至此,找到错误源头。

四、记录错误

如果不捕获错误,自然可以让Python解释器来打印出错误堆栈,但程序也被结束了。既然我们能捕获错误,就可以把错误堆栈打印出来,然后分析错误原因,同时,让程序继续执行下去。

Python内置的logging模块可以非常容易地记录错误信息:

同样是出错,但程序打印完错误信息后会继续执行,并正常退出:

通过配置,logging还可以把错误记录到日志文件里,方便事后排查。

六、抛出错误

因为错误是class,捕获一个错误就是捕获到该class的一个实例。因此,错误并不是凭空产生的,而是有意创建并抛出的。Python的内置函数会抛出很多类型的错误,我们自己编写的函数也可以抛出错误。

如果要抛出错误,首先根据需要,可以定义一个错误的class,选择好继承关系,然后,用raise语句抛出一个错误的实例:

执行,可以最后跟踪到我们自己定义的错误:

只有在必要的时候才定义我们自己的错误类型。如果可以选择Python已有的内置的错误类型(比如ValueErrorTypeError),尽量使用Python内置的错误类型。

最后,我们来看另一种错误处理的方式:

bar()函数中,我们明明已经捕获了错误,但是,打印一个ValueError!后,又把错误通过raise语句抛出去了,这不有病么?

其实这种错误处理方式不但没病,而且相当常见。捕获错误目的只是记录一下,便于后续追踪。但是,由于当前函数不知道应该怎么处理该错误,所以,最恰当的方式是继续往上抛,让顶层调用者去处理。好比一个员工处理不了一个问题时,就把问题抛给他的老板,如果他的老板也处理不了,就一直往上抛,最终会抛给CEO去处理。

raise语句如果不带参数,就会把当前错误原样抛出。此外,在exceptraise一个Error,还可以把一种类型的错误转化成另一种类型:

只要是合理的转换逻辑就可以,但是,决不应该把一个IOError转换成毫不相干的ValueError

七、自定义异常

Python内置了很多的异常类,并且这些类都是从BaseException类派生的。

下面是一些常见异常类,请把它们记下来!这样你在见到大多数异常的时候都能快速准确的判断异常类型。

异常名 解释
AttributeError 试图访问一个对象没有的属性
IOError 输入/输出异常
ImportError 无法引入模块或包;多是路径问题或名称错误
IndentationError 缩进错误
IndexError 下标索引错误
KeyError 试图访问不存在的键
KeyboardInterrupt Ctrl+C被按下,键盘终止输入
NameError 使用未定义的变量
SyntaxError 语法错误
TypeError 传入对象的类型与要求的不符合
UnboundLocalError 试图访问一个还未被设置的局部变量
ValueError 传入一个调用者不期望的值,即使值的类型是正确的
OSError 操作系统执行错误

大多数情况下,上面的内置异常已经够用了,但是有时候你还是需要自定义一些异常。自定义异常应该继承Exception类,直接继承或者间接继承都可以,例如:

异常的名字都以Error结尾,我们在为自定义异常命名的时候也需要遵守这一规范,就跟标准的异常命名一样。


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