Python3 錯誤和異常

作為 Python 初學者，在剛學習 Python 編程時，經(jīng)常會看到一些報錯信息，在前面我們沒有提及，這章節(jié)我們會專門介紹。

Python 有兩種錯誤很容易辨認：語法錯誤和異常。

語法錯誤

Python 的語法錯誤或者稱之為解析錯，是初學者經(jīng)常碰到的，如下實例

>>> while True print('Hello world')
  File "<stdin>", line 1, in ?
    while True print('Hello world')
                   ^
SyntaxError: invalid syntax

這個例子中，函數(shù) print() 被檢查到有錯誤，是它前面缺少了一個冒號（:）。

語法分析器指出了出錯的一行，并且在最先找到的錯誤的位置標記了一個小小的箭頭。

異常

即便 Python 程序的語法是正確的，在運行它的時候，也有可能發(fā)生錯誤。運行期檢測到的錯誤被稱為異常。

大多數(shù)的異常都不會被程序處理，都以錯誤信息的形式展現(xiàn)在這里:

>>> 10 * (1/0)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ZeroDivisionError: division by zero
>>> 4 + spam*3
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
NameError: name 'spam' is not defined
>>> '2' + 2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

異常以不同的類型出現(xiàn)，這些類型都作為信息的一部分打印出來: 例子中的類型有 ZeroDivisionError，NameError 和 TypeError。

錯誤信息的前面部分顯示了異常發(fā)生的上下文，并以調用棧的形式顯示具體信息。

異常處理

以下例子中，讓用戶輸入一個合法的整數(shù)，但是允許用戶中斷這個程序（使用 Control-C 或者操作系統(tǒng)提供的方法）。用戶中斷的信息會引發(fā)一個 KeyboardInterrupt 異常。

>>> while True:
        try:
            x = int(input("Please enter a number: "))
            break
        except ValueError:
            print("Oops!  That was no valid number.  Try again   ")
   

try 語句按照如下方式工作；

• 首先，執(zhí)行 try 子句（在關鍵字 try 和關鍵字 except 之間的語句）
• 如果沒有異常發(fā)生，忽略 except 子句，try 子句執(zhí)行后結束。
• 如果在執(zhí)行 try 子句的過程中發(fā)生了異常，那么 try 子句余下的部分將被忽略。如果異常的類型和 except 之后的名稱相符，那么對應的 except 子句將被執(zhí)行。最后執(zhí)行 try 語句之后的代碼。
• 如果一個異常沒有與任何的 except 匹配，那么這個異常將會傳遞給上層的 try 中。

一個 try 語句可能包含多個 except 子句，分別來處理不同的特定的異常。最多只有一個分支會被執(zhí)行。

處理程序將只針對對應的 try 子句中的異常進行處理，而不是其他的 try 的處理程序中的異常。

一個 except 子句可以同時處理多個異常，這些異常將被放在一個括號里成為一個元組，例如:

>>> except (RuntimeError, TypeError, NameError):
        pass

最后一個 except 子句可以忽略異常的名稱，它將被當作通配符使用。你可以使用這種方法打印一個錯誤信息，然后再次把異常拋出。

import sys

try:
    f = open('myfile.txt')
    s = f.readline()
    i = int(s.strip())
except OSError as err:
    print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
    print("Could not convert data to an integer.")
except:
    print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
    raise

try except 語句還有一個可選的 else 子句，如果使用這個子句，那么必須放在所有的 except 子句之后。這個子句將在 try 子句沒有發(fā)生任何異常的時候執(zhí)行。例如:

for arg in sys.argv[1:]:
    try:
        f = open(arg, 'r')
    except IOError:
        print('cannot open', arg)
    else:
        print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
        f.close()

使用 else 子句比把所有的語句都放在 try 子句里面要好，這樣可以避免一些意想不到的、而except又沒有捕獲的異常。

異常處理并不僅僅處理那些直接發(fā)生在try子句中的異常，而且還能處理子句中調用的函數(shù)（甚至間接調用的函數(shù)）里拋出的異常。例如:

>>> def this_fails():
        x = 1/0
   
>>> try:
        this_fails()
    except ZeroDivisionError as err:
        print('Handling run-time error:', err)
   
Handling run-time error: int division or modulo by zero

拋出異常

Python 使用 raise 語句拋出一個指定的異常。例如:

>>> raise NameError('HiThere')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
NameError: HiThere

raise 唯一的一個參數(shù)指定了要被拋出的異常。它必須是一個異常的實例或者是異常的類（也就是 Exception 的子類）。

如果你只想知道這是否拋出了一個異常，并不想去處理它，那么一個簡單的 raise 語句就可以再次把它拋出。

>>> try:
        raise NameError('HiThere')
    except NameError:
        print('An exception flew by!')
        raise
   
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in ?
NameError: HiThere

用戶自定義異常

你可以通過創(chuàng)建一個新的 exception 類來擁有自己的異常。異常應該繼承自 Exception 類，或者直接繼承，或者間接繼承，例如:

>>> class MyError(Exception):
        def __init__(self, value):
            self.value = value
        def __str__(self):
            return repr(self.value)
   
>>> try:
        raise MyError(2*2)
    except MyError as e:
        print('My exception occurred, value:', e.value)
   
My exception occurred, value: 4
>>> raise MyError('oops!')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
__main__.MyError: 'oops!'

在這個例子中，類 Exception 默認的 __init__() 被覆蓋。

異常的類可以像其他的類一樣做任何事情，但是通常都會比較簡單，只提供一些錯誤相關的屬性，并且允許處理異常的代碼方便的獲取這些信息。

當創(chuàng)建一個模塊有可能拋出多種不同的異常時，一種通常的做法是為這個包建立一個基礎異常類，然后基于這個基礎類為不同的錯誤情況創(chuàng)建不同的子類:

class Error(Exception):
    """Base class for exceptions in this module."""
    pass

class InputError(Error):
    """Exception raised for errors in the input.

    Attributes:
        expression -- input expression in which the error occurred
        message -- explanation of the error
    """

    def __init__(self, expression, message):
        self.expression = expression
        self.message = message

class TransitionError(Error):
    """Raised when an operation attempts a state transition that's not
    allowed.

    Attributes:
        previous -- state at beginning of transition
        next -- attempted new state
        message -- explanation of why the specific transition is not allowed
    """

    def __init__(self, previous, next, message):
        self.previous = previous
        self.next = next
        self.message = message

大多數(shù)的異常的名字都以"Error"結尾，就跟標準的異常命名一樣。

定義清理行為

try 語句還有另外一個可選的子句，它定義了無論在任何情況下都會執(zhí)行的清理行為。 例如:

>>> try:
        raise KeyboardInterrupt
    finally:
        print('Goodbye, world!')
   
Goodbye, world!
KeyboardInterrupt

以上例子不管 try 子句里面有沒有發(fā)生異常，finally 子句都會執(zhí)行。

如果一個異常在 try 子句里（或者在 except 和 else 子句里）被拋出，而又沒有任何的 except 把它截住，那么這個異常會在 finally 子句執(zhí)行后再次被拋出。

下面是一個更加復雜的例子（在同一個 try 語句里包含 except 和 finally 子句）:

>>> def divide(x, y):
        try:
            result = x / y
        except ZeroDivisionError:
            print("division by zero!")
        else:
            print("result is", result)
        finally:
            print("executing finally clause")
   
>>> divide(2, 1)
result is 2.0
executing finally clause
>>> divide(2, 0)
division by zero!
executing finally clause
>>> divide("2", "1")
executing finally clause
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
  File "<stdin>", line 3, in divide
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

預定義的清理行為

一些對象定義了標準的清理行為，無論系統(tǒng)是否成功的使用了它，一旦不需要它了，那么這個標準的清理行為就會執(zhí)行。

這面這個例子展示了嘗試打開一個文件，然后把內(nèi)容打印到屏幕上:

for line in open("myfile.txt"):
    print(line, end="")

以上這段代碼的問題是，當執(zhí)行完畢后，文件會保持打開狀態(tài)，并沒有被關閉。

關鍵詞 with 語句就可以保證諸如文件之類的對象在使用完之后一定會正確的執(zhí)行他的清理方法:

with open("myfile.txt") as f:
    for line in f:
        print(line, end="")

以上這段代碼執(zhí)行完畢后，就算在處理過程中出問題了，文件 f 總是會關閉。