python - 异常

susie0815

已于 2025-02-20 21:43:34 修改

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分类专栏： python 文章标签： python 开发语言

于 2025-02-20 20:46:42 首次发布

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内置异常，指预定义的异常类，当程序运行时遇到错误情况，就会抛出相应的异常。这些异常类构成了一个层次结构，BaseException 是所有异常的基类。

1. 顶级异常类

BaseException：所有异常的基类。通常不直接捕获这个异常，因为它会捕获像 SystemExit、KeyboardInterrupt 等控制流异常。
Exception：大多数内置异常的基类，除了一些系统退出和中断相关的异常。在编写异常处理代码时，通常捕获 Exception 及其子类。

2. 常见的具体异常类

2.1 语法错误相关

SyntaxError：当 Python 解释器遇到不符合 Python 语法规则的代码时抛出。

# 错误示例：缺少冒号
if True
    print("True")

IndentationError：是 SyntaxError 的子类，当代码的缩进不符合 Python 规则时抛出，例如混合使用制表符和空格进行缩进。

# 错误示例：缩进不一致
if True:
    print("True")
  print("This line has incorrect indentation")

2.2 名称错误相关

NameError：当使用一个未定义的变量名时抛出。

# 错误示例：使用未定义的变量
print(undefined_variable)

2.3 类型错误相关

TypeError：当操作或函数应用于不兼容类型的对象时抛出，例如对整数和字符串进行加法操作。

# 错误示例：整数和字符串相加
result = 1 + "2"

ValueError：当函数接收到正确类型但值不合适的参数时抛出，例如将一个非数字字符串转换为整数。

# 错误示例：将非数字字符串转换为整数
num = int("abc")

2.4 索引和键错误相关

IndexError：当尝试访问序列（如列表、元组）中不存在的索引时抛出。

# 错误示例：访问超出列表长度的索引
my_list = [1, 2, 3]
print(my_list[3])

KeyError：当尝试访问字典中不存在的键时抛出。

# 错误示例：访问字典中不存在的键
my_dict = {'a': 1, 'b': 2}
print(my_dict['c'])

2.5 文件操作错误相关

FileNotFoundError：当尝试打开一个不存在的文件时抛出。

# 错误示例：打开不存在的文件
with open('nonexistent_file.txt', 'r') as f:
    pass

PermissionError：当尝试对文件或目录进行操作，但没有足够的权限时抛出。

2.6 算术错误相关

ZeroDivisionError：当尝试用零作为除数进行除法运算时抛出。

# 错误示例：除以零
result = 1 / 0

OverflowError：当算术运算结果太大而无法表示时抛出。

3. 异常处理

try-except 语句用于捕获和处理异常，能让你在出现异常时采取相应的措施，而不是让程序直接终止。

基本语法

try:
    # 可能会抛出异常的代码块
    # ...
except ExceptionType:
    # 当指定类型的异常发生时执行的代码块
    # ...

try 块：包含可能会抛出异常的代码。Python 会尝试执行这个代码块中的所有语句。
except 块：当 try 块中的代码抛出指定类型的异常时，程序流程会跳转到对应的 except 块中执行。ExceptionType 是要捕获的异常类型，如果不指定，会捕获所有继承自 Exception 类的异常。

示例

try:
    num = 1 / 0  # 这里会抛出 ZeroDivisionError 异常
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")

在这个例子中，try 块里的 1 / 0 会抛出 ZeroDivisionError 异常，由于 except 块指定了要捕获 ZeroDivisionError 异常，所以程序会执行 except 块中的代码，输出“不能除以零！”。

捕获多种异常

可以使用多个 except 块来捕获不同类型的异常。

try:
    num = int("abc")  # 这里会抛出 ValueError 异常
    result = 1 / num
except ValueError:
    print("输入的不是有效的数字！")
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")

在这个例子中，try 块里的 int("abc") 会抛出 ValueError 异常，程序会执行对应的 except ValueError 块中的代码，输出“输入的不是有效的数字！”。

捕获多个异常类型在一个 except 块中

可以在一个 except 块中捕获多种不同类型的异常。

try:
    num = int("abc")  # 可能抛出 ValueError
    result = 1 / num  # 可能抛出 ZeroDivisionError
except (ValueError, ZeroDivisionError):
    print("发生了值错误或除零错误！")

获取异常信息

可以通过 except 块中的异常对象来获取具体的异常信息。

try:
    num = int("abc")
except ValueError as e:
    print(f"发生了值错误: {e}")

在这个例子中，as e 将捕获到的 ValueError 异常对象赋值给变量 e，通过 e 可以获取异常的详细信息并打印出来。

else 子句

try-except 语句可以有一个可选的 else 子句，当 try 块中没有抛出任何异常时，会执行 else 块中的代码。

try:
    num = int("123")
except ValueError:
    print("输入的不是有效的数字！")
else:
    print(f"转换后的数字是: {num}")

finally 子句

try-except 语句还可以有一个可选的 finally 子句，无论 try 块中是否抛出异常，finally 块中的代码都会被执行。一般用于执行收尾工作比如关闭文件。

try:
    num = int("123")
except ValueError:
    print("输入的不是有效的数字！")
else:
    print(f"转换后的数字是: {num}")
finally:
    print("无论是否发生异常，这里的代码都会执行。")

嵌套 try-except

try-except 语句可以嵌套使用，即在 try 块或 except 块中可以再包含另一个 try-except 语句。

try:
    try:
        num = int("abc")
    except ValueError:
        print("内部 try 块中发生了值错误！")
except:
    print("外部 try 块捕获到异常！")

raise from

是一种异常链机制，用于在抛出新异常时保留原始异常的信息，这有助于调试，让开发者可以更清晰地了解异常发生的完整过程。

语法

try:
    # 可能引发异常的代码
    ...
except SomeException as original_exception:
    # 处理原始异常，然后抛出新的异常，并关联原始异常
    raise NewException("新异常的描述信息") from original_exception

在上述语法中，SomeException 是原始异常类型，original_exception 是捕获到的原始异常对象。NewException 是要抛出的新异常类型，通过 raise ... from ... 语句将新异常与原始异常关联起来。

使用场景

封装异常：当你在编写一个库或者模块时，可能不希望将底层的具体异常暴露给调用者，而是抛出一个更高级别的、更具业务含义的异常。使用 raise from 可以在抛出新异常的同时保留底层异常的信息，方便后续调试。
异常转换：将一种类型的异常转换为另一种类型的异常，同时保留原始异常的上下文。

举个例子
想象你在玩一个游戏关卡，每关结束都有个报告。在 Python 里，代码运行时也会遇到各种“状况”（异常）。

正常情况下，一个异常抛出就完事儿了，你只知道这一个问题。但有时候，一个异常是由另一个异常引发的，就像第二关的失败是因为第一关遗留了个小失误。

raise from 就是用来记录这种关联的。当你用 raise from 抛出新异常时，它会把之前那个异常（原始异常）的“小报告”也带上。这样，开发者查看错误信息时，就能清楚知道是哪个“小失误”引发了后面的问题，就像能看到游戏关卡间的连锁反应，更方便找出代码里的毛病。

比如：
```
try:
    num = int('abc')  # 这里抛出 ValueError
except ValueError as e:
    raise TypeError('新的类型错误') from e
```
这里先有个 ValueError，然后用 raise from 抛出 TypeError 时带上了前面 ValueError 的信息，方便排查错误。

assert

assert 语句是一种调试辅助工具，用于在代码中检查某个条件是否为真。如果条件为真，程序会继续正常执行；如果条件为假，assert 语句会抛出一个 AssertionError 异常，从而帮助快速定位程序中的问题。

语法
assert 语句的基本语法如下：

assert condition, message

condition：这是一个布尔表达式，也就是一个最终会计算出 True 或者 False 的表达式。assert 会对这个表达式进行求值。
message：这是一个可选的参数，是一个字符串。当 condition 为 False 时，message 会作为 AssertionError 异常的错误信息被抛出。如果不提供 message，则抛出的 AssertionError 异常不会附带额外信息。

示例
简单的 assert 语句
```
x = 5
assert x > 10, "x 应该大于 10"
```
在这个例子中，x 的值为 5，条件 x > 10 的计算结果为 False，因此 assert 语句会抛出一个 AssertionError 异常，并且异常信息为 "x 应该大于 10"。

不提供错误信息的 assert 语句
```
y = -1
assert y >= 0
```
这里条件 y >= 0 为 False，assert 会抛出 AssertionError 异常，但由于没有提供额外的错误信息，所以异常中不会附带具体的提示内容。
使用场景

调试代码：开发过程中，可以使用 assert 语句来验证程序中的一些假设是否成立。例如在调用一个函数之前，你可能期望某个变量具有特定的值或范围，这时就可以使用 assert 进行检查。
```
def divide(a, b):
    assert b != 0, "除数不能为零"
    return a / b

result = divide(10, 0)  # 会触发 AssertionError
```
验证数据的有效性：当你从外部获取数据（如文件、用户输入等）时，可以使用 assert 来确保数据符合预期的格式或范围。
```
data = [1, 2, 3, 4, 5]
assert all(isinstance(i, int) for i in data), "数据中应全为整数"
```

注意：

assert 可以被禁用：在 Python 中，当你以优化模式（使用 -O 或 -OO 选项运行 Python 解释器）运行代码时，所有的 assert 语句都会被忽略，不会进行条件检查。因此，assert 不应该用于执行必要的程序逻辑或数据验证，而主要用于调试目的。
性能影响：虽然 assert 语句在正常情况下执行速度很快，但在复杂的程序中，如果有大量的 assert 语句，可能会对性能产生一定的影响，因此在生产环境中应该谨慎使用。