Python基础知识(六)：异常处理

01_异常的本质_调试核心理念

在实际工作中，我们遇到的情况不可能是非常完美的。比如：你写的某个模块，用户输入不一定符合你的要求;你的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;你要读取数据库的数据，数据可能是空的;我们的程序再运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。
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，而不至于程序崩溃呢?我们本章就要讲解这些问题。
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：
【示例6-1】伪代码使用if 处理程序中可能出现的各种情况

#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
if "d:/a.txt"这个文件存在:
    if e 盘的空间大于a.txt 文件长度:
        if 文件复制一半IO 流断掉:
            停止copy，输出：IO 流出问题！
        else:
            copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")
    else:
        print("e 盘空间不够存放a.txt！")
else:
    print("a.txt 不存在！")

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!
   那么，我们如何解决应对异常情况呢? python 的异常机制给我们提供了方便的处理方式。如上情况，如果是用python 的异常机制来处理，示意代码如下(仅限示意，不能运行)：

#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
try:
    copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")
except:
    print("文件无法拷贝")

异常机制本质：

异常指程序运行过程中出现的非正常现象，例如用户输入错误、除数为零、需要处理的文件不存在、数组下标越界等。
所谓异常处理，就是指程序在出现问题时依然可以正确的执行剩余的程序，而不会因为异常而终止程序执行。
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：

我们处理一下，遇到的第一个异常：

#测试简单的0 不能做除数异常
a = 3/0

执行上面程序，控制台打印：

Traceback (most recent call last):
File "C:/Users/Administrator/PycharmProjects/mypro_exception/my01.py", line 1, in <module>
a = 3/0
ZeroDivisionError: division by zero
Process finished with exit code 1

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。

02_try_except基本结构

try…一个except 结构

try…except 是最常见的异常处理结构。结构如下(其中e为产生的异常对象)：

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

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。
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；
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：

我们可以看到，程序执行到引发异常的语句时，直接掉到except 异常处理语句块进行处理；处理完毕后，继续执行下面的程序。

try 语句块没有发生异常，则正常执行完try 块后跳过except 异常处理语句块，继续往下执行。

【示例01】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")
   print('继续接下来的程序')

执行结果：

请输入一个数字：66
您入的数字是 66
继续接下来的程序
请输入一个数字：ddd
异常：输入的不是一个数字
继续接下来的程序
请输入一个数字：99
您入的数字是 99
继续接下来的程序

【示例02】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 BaseException as e:
        print("异常：输入的不是一个数字")
        print('抛出的异常对象 e = ' + str(e))

    print('继续接下来的程序')

执行结果：

请输入一个数字：66
您入的数字是 66
继续接下来的程序
请输入一个数字：ddd
异常：输入的不是一个数字
抛出的异常对象 e = invalid literal for int() with base 10: 'ddd'
继续接下来的程序
请输入一个数字：99
您入的数字是 99
继续接下来的程序

03_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

【示例】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 NameError:
    print("异常：变量不存在")
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

04_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。

【示例】try…except…else 结构执行测试

while True:
    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('except语句块---->抛出的异常对象 e = ' + str(e))
    else:
        print("else语句块---->除的结果是：", c)
    print('后续语句块')

运行结果：

请输入被除数：3
请输入除数：0
except语句块---->抛出的异常对象 e = float division by zero
后续语句块
请输入被除数：3
请输入除数：6
else语句块---->除的结果是： 0.5
后续语句块

05_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。

【示例01】try…except…finally 结构简单测试

while True:
    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('except语句块---->抛出的异常对象 e = ' + str(e))
    else:
        print("else语句块---->除的结果是：", c)
    finally:
        print("我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！")
    print('后续语句块')

运行结果：

请输入一个被除数：3
请输入一个除数：0
except语句块---->抛出的异常对象 e = float division by zero
我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！
后续语句块
请输入一个被除数：3
请输入一个除数：6
else语句块---->除的结果是： 0.5
我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！
后续语句块

【示例02】try…except…finally 打开文件(finally中的代码肯定会执行，所以其中的代码中的文件关闭操作也得用try…except结构包裹)

try:
    f = open("d:/adddd.txt","r")
    content = f.readline()
    print(content)
except:
    print("文件未找到")
finally:
    print("run in finally。关闭资源")
    try:
        f.close()
    except BaseException as e:
        print(e)

print("程序执行结束！")

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。

06_常见异常汇总和说明

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)

07_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。

【示例】with 上下文管理文件操作

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

08_trackback模块的使用_异常写入日志文件

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：

C:\Program_Files\Anaconda3520\python.exe D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py", line 5, in <module>
    num = 1 / 0
ZeroDivisionError: division by zero
step1

Process finished with exit code 0

使用traceback 将异常信息写入日志文件

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

09_自定义异常类_raise抛出异常

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。
【示例】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 ('self.errorInfo = ' + 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) # 将age传递给errorInfo形参
    else:
        print("正常的年龄：", age)

运行结果：

C:\Program_Files\Anaconda3520\python.exe D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py
输入一个年龄:200
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py", line 15, in <module>
    raise AgeError(age) # 将age传递给errorInfo形参
__main__.AgeError: self.errorInfo = 200---->年龄错误！应该在1-150 之间

Process finished with exit code 1