DAY25 异常处理

概览

• 目标：系统掌握 Python 的异常处理模型（try / except / else / finally），理解其在工程实践（尤其是数据/模型训练与自动化流程）中的价值与用法。
• 主线：异常对象与传播、语句结构设计、常见异常类型与定位、可恢复与不可恢复错误策略、资源清理与鲁棒性建设。

为什么要异常处理

• 容错与稳定：运行时遇到意外并不直接崩溃，而是优雅处理、写入日志、释放资源、选择重试或降级。
• 明确控制流：将“可能出错的核心逻辑”和“成功后的后续处理”分离，便于阅读与维护。
• 工程契约：避免“隐藏错误”或“吞错”，为定位与恢复预留通道。

异常机制与对象

• 异常发生时会创建异常对象（通常为 Exception 的子类），包含类型、消息与回溯。
• 未被捕获的异常会沿调用栈向上传播（propagation），最终使程序崩溃并打印 traceback。
• 设计要点：明确哪些错误应捕获、如何记录、是否可重试、是否需要释放资源。

基本结构

try-except

try:
    # 可能引发异常的代码
except SpecificError:   # 指定异常类型，如 ZeroDivisionError, FileNotFoundError
    # 补救或记录
except Exception:       # 非必要不建议：可能隐藏逻辑错误
    # 兜底处理（谨慎）

• 作用：在风险代码出错时转入补救逻辑，程序不至于直接崩溃。
• 建议：尽量“精确捕获”，避免一网打尽导致问题难以定位。

try-except-else

try:
    # 核心尝试逻辑（可能出错）
except SpecificError:
    # 异常处理
else:
    # 仅当 try 中无异常时执行的“成功后续逻辑”

• 价值：避免把“成功后续处理”写进 try 中，导致其抛出的错误被误判为“核心逻辑错误”。
• 工程建议：核心尝试逻辑尽量短小；成功后的扩展操作放到 else，保留“错误类型的清晰边界”。

finally（保证执行）

try:
    # 可能出错的操作
except SpecificError:
    # 处理错误
finally:
    # 无论是否出错都执行（资源清理、句柄关闭、状态恢复）

• 用途：资源释放（文件/连接/锁）、还原全局状态、写入关键日志、持久化中断点。
• 与 with 的关系：with 管理协议本质上封装了类似 try-finally 的资源管理流程。

常见异常与定位思路

• NameError：使用未定义的名称或打错变量名；先查作用域与拼写。
• TypeError：操作与类型不匹配，如字符串与整数直连；检查类型并进行显式转换。
• ValueError：类型正确但值非法，如将非数字字符串转为 int；校验输入值合理性。
• AttributeError：访问对象不存在的属性或方法；确认 API 与属性拼写、对象真实类型。
• ZeroDivisionError：除数为零；显式判断或保护性分支。
• FileNotFoundError：路径不对或文件缺失；检查路径、工作目录与权限。
• ModuleNotFoundError：模块未安装或导入名错误；确认包安装与导入路径。

定位技巧：阅读 traceback，关注“错误类型 + 文件/行号 + 代码片段”，从最内层调用点逆向分析。

多异常捕获与分层处理

try:
    # 读取 → 解析 → 计算 的复合流程
except (FileNotFoundError, PermissionError) as e:
    # I/O 层：路径或权限问题
except (ValueError, TypeError) as e:
    # 语义层：数据格式或类型问题
except Exception as e:
    # 兜底：记录未知异常，必要时上报/中止
else:
    # 成功路径：继续后续处理
finally:
    # 资源释放/日志

• 分层思维：把“可预期的业务错误”与“系统性错误/未知错误”区分处理，便于定位与策略化响应。

示例：安全除法与后续扩展

def safe_divide(a, b):
    try:
        result = a / b
    except ZeroDivisionError:
        # 记录并给出可恢复返回值
        return None
    except TypeError:
        # 数据类型不符，提示并中止或转换
        return None
    else:
        # 仅在成功时运行的扩展逻辑
        return result

finally 在工程中的关键用法

• 日志句柄/文件句柄关闭：避免数据丢失与文件损坏。
• 计算资源释放：GPU/线程池/连接池归还。
• 状态恢复：重置全局随机种子、环境变量、临时配置。
• 中断点记录：长时训练失败时落盘当前状态，便于恢复。

注意：

• 精确捕获：针对具体异常编写处理分支，减少吞错。
• 简化 try：缩短 try 包裹范围，只含“可能抛错的核心操作”。
• 记录与上报：日志包含错误类型、消息、堆栈；关键路径上报监控。
• 失败即显式返回：返回 None/专用错误对象/Result 类型；避免继续用无效状态。
• 不要无提示地 pass：最小化无内容的 except；至少记录。
• 资源管理优先 with：文件/连接/锁尽量使用上下文管理器。
• 重试策略：幂等操作可结合重试（指数退避）、降级或熔断。
• 测试与注入：为关键分支写单元测试，必要时用“异常注入”验证鲁棒性。

示例：读取文件并解析数值

import os

def read_and_sum(path):
    try:
        with open(path, 'r', encoding='utf-8') as f:
            lines = f.readlines()
    except FileNotFoundError:
        # 路径问题：记录并返回失败
        return None
    except PermissionError:
        # 权限问题
        return None
    except OSError:
        # 其他 I/O 问题
        return None
    else:
        total = 0
        for i, line in enumerate(lines, 1):
            try:
                total += float(line.strip())
            except ValueError:
                # 某行不可解析，记录并跳过或中止（视需求）
                continue
        return total

总结

• 异常处理是将系统从“崩溃”提升到“可控”的核心机制：清晰边界、精确捕获、资源安全与可观测性。
• try / except / else / finally 提供了表达这些工程约束的语法结构；配合日志、上下文管理与策略化重试，能显著提升系统鲁棒性。