2025 Python3.12 系统入门+进阶（十九）：异常处理

已于 2025-02-27 15:44:04 修改
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分类专栏： 流畅的Python 文章标签： python 开发语言
于 2024-10-25 10:26:37 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xw1680/article/details/143223061
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软件系统是脆弱的。虽然程序本身很有逻辑性，结果看似可以预期，但是运行时输入的数据和外界环境是不可预期的。设备故障、网络不可靠、用户输入不合理的据，都可能导致程序出错。我们需要寻找一种方法来解决困扰计算机系统的一系列故障。

有两种常用的处理异常情况的做法。一种是返回一个错误码，比如 None。调用函数的其他程序可以通过检查返回的错误码做出相应的处理。通常对操作系统的请求就会使用这种方式返回成功或失败。另一种是在出现异常时打断正常的执行流程，从而进入专门的异常处理代码块中。Python 使用第二种做法：它消除了检查返回值的烦琐需求。在本文中，我们将学习 异常(exception)， 它们是处理运行时错误的特殊对象。具体地，将涉及以下主题：

  1. 引发异常的原因
  2. 遇到异常时如何恢复
  3. 如何以不同的方式处理不同类型的异常
  4. 遇到异常时如何清理
  5. 创建新的异常类型
  6. 使用异常语法进行程序流程控制

一、异常 Exception

错误 Error：

  1. 逻辑错误：算法写错了，例如加法写成了减法。
  2. 笔误：例如变量名写错了，语法错误，
  3. 函数或类使用错误，其实这也属于逻辑错误。

总之，错误是可以避免的。异常 Exception： 本意就是意外情况，这有个前提，没有出现上面说的错误，也就是说程序写的没有问题，但是在某些情况下，会出现一些意外，导致程序无法正常的执行下去。例如 open 函数操作一个文件，文件不存在，或者创建一个文件时已经存在了，或者访问一个网络文件，突然断网了，这就是异常，是个意外的情况。异常不可能避免

错误和异常： 在高级编程语言中，一般都有错误和异常的概念，异常是可以捕获，并被处理的，但是错误是不能被捕获的。举例：对比异常和错误

with open('testabc') as f:
    pass

# Traceback (most recent call last):
#   File "D:\Code\dream\PythonStudy\base\day8-异常处理\1.对比异常和错误.py", line 9, in <module>
#     with open('testabc') as f:
# FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'testabc'


# def 0A():
#     pass
# # 错误

#   File "D:\Code\dream\PythonStudy\base\day8-异常处理\1.对比异常和错误.py", line 18
#     def 0A():
#         ^
# SyntaxError: invalid decimal literal

一个健壮的程序：

  1. 尽可能的避免错误
  2. 尽可能的捕获、处理各种异常

1.1 产生异常

产生：

  1. raise 语句显式的抛出异常
  2. Python 解释器自己检测到异常并引发它

示例：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 9:08
# @Author  : AmoXiang
# @File: 2.产生异常.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

def foo():
    print('before')
    1 / 0  # 除零异常
    raise Exception('my exception')  # raise主动抛出异常
    print('after')


foo()

程序会在异常抛出的地方中断执行，如果不捕获，就会提前结束程序（其实是终止当前线程的执行）

1.2 异常的捕获

在 Python 中，提供了 try…except 语句捕获并处理异常。在使用时，把可能产生异常的代码放在 try 语句块中，把处理结果放在 except 语句块中，这样，当 try 语句块中的代码出现错误时，就会执行 except 语句块中的代码，如果 try 语句块中的代码没有错误，那么 except 语句块将不会执行。具体的语法格式如下：

try:
    block1
except [ExceptionName [as alias]]:
    block2

参数说明: 
1.block1: 表示可能出现错误的代码块
2.ExceptionName [as alias]: 可选参数，用于指定要捕获的异常。
其中，ExceptionName表示要捕获的异常名称，如果在其右侧加上as alias，则表示为当前的异常指定一个别名，通过该别名，可以记录
异常的具体内容。
3.说明: 在使用try…except语句捕获异常时，如果在except后面不指定异常名称，则表示捕获全部异常。
4.block2: 表示进行异常处理的代码块。在这里可以输出固定的提示信息，也可以通过别名输出异常的具体内容。
5.说明: 使用try…except语句捕获异常后，当程序出错时，输出错误信息后，程序会继续执行。

示例：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 9:18
# @Author  : AmoXiang
# @File: 3.异常捕获.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

def foo():
    try:
        print('before')
        c = 1 / 0
        print('after')
    except:
        print('catch u')
    print('finished')


foo()
print('==== end ====')

上例执行到 c = 1/0 时产生异常并抛出，由于使用了 try…except 语句块则捕捉到了这个异常，异常生成位置之后语句将不再执行，转而执行对应的 except 部分的语句，最后执行 try…except 语句块之外的语句。捕获指定类型的异常：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 9:26
# @Author  : AmoXiang
# @File: 4.捕获指定异常.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

def foo():
    try:
        print('before')
        c = 1 / 0
        print('after')
    # except ArithmeticError:  # 指定捕获的类型
    except ZeroDivisionError:  # 指定捕获的类型
        print('catch u')
    print('finished')


foo()
'''
before
catch u
finished
==== end ====
'''
print('==== end ====')

1.3 异常类及继承层次

BaseException
    +-- SystemExit
    +-- KeyboardInterrupt
    +-- GeneratorExit
    +-- Exception
        +-- RuntimeError
        | +-- RecursionError
        +-- MemoryError
        +-- NameError
        +-- StopIteration
        +-- StopAsyncIteration
        +-- ArithmeticError
            | +-- FloatingPointError
            | +-- OverflowError
            | +-- ZeroDivisionError
        +-- LookupError
            | +-- IndexError
            | +-- KeyError
        +-- SyntaxError
        +-- OSError
            | +-- BlockingIOError
            | +-- ChildProcessError
            | +-- ConnectionError
                | | +-- BrokenPipeError
                | | +-- ConnectionAbortedError
                | | +-- ConnectionRefusedError
                | | +-- ConnectionResetError
            | +-- FileExistsError
            | +-- FileNotFoundError
            | +-- InterruptedError
            | +-- IsADirectoryError
            | +-- NotADirectoryError
            | +-- PermissionError
            | +-- ProcessLookupError
            | +-- TimeoutError

1.4 BaseException及子类

BaseException： 所有内建异常类的基类是 BaseException。
SystemExit： sys.exit() 函数引发的异常，异常不捕获处理，就直接交给 Python 解释器，解释器退出。示例：

# 捕获这个异常
import sys

try:
    print('before')
    sys.exit(1)
    print('after')
except SystemExit:  # 换成Exception能否捕获
    print('SysExit')

'''
before
SysExit
outer
'''
print('outer')  # 是否执行？

如果 except 语句捕获了该异常，则继续向后面执行，如果没有捕获住该异常 SystemExit，解释器直接退出程序，注意捕获前后程序退出状态码的变化。

KeyboardInterrupt： 对应的捕获用户中断行为 Ctrl + C。

import time

try:
    while True:
        time.sleep(1)
        print('running')
except KeyboardInterrupt:
    print("Ctrl + c")
print('=' * 30)

运行结果如下图所示：
请添加图片描述

1.5 Exception及子类

Exception 是所有内建的、非系统退出的异常的基类，自定义异常类应该继承自它。SyntaxError 语法错误，Python 将这种错误也归到异常类下面的 Exception 下的子类，但是这种错误是不可捕获的：

def a():
    try:
        0a = 5
    except:
        pass

a()

ArithmeticError： 所有算术计算引发的异常，其子类有除零异常等
LookupError： 使用映射的键或序列的索引无效时引发的异常的基类：IndexError、KeyError
自定义异常类： 从 Exception 继承的类

class MyException(Exception):
    pass


try:
    raise MyException()
except MyException:  # 捕获自定义异常
    print('catch u')  # catch u

1.6 多种捕获

except 可以指定捕获的类型，捕获多种异常。示例：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 9:52
# @Author  : AmoXiang
# @File: 5.多种捕获.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680


class MyException(Exception):
    pass


try:
    a = 1 / 0
    raise MyException()
    open('t')
    sys.exit(1)
except ZeroDivisionError:
    print('zero')
except ArithmeticError:
    print('arith')
except MyException:  # 捕获自定义异常
    print('catch u')
except Exception:
    print('exception')
except:  # 写在最后，缺省捕获
    print('error')

'''
zero
====end====
'''
print('====end====')

捕获规则：

  1. 捕获是从上到下依次比较，如果匹配，则执行匹配的 except 语句块
  2. 如果被一个 except 语句捕获，其他 except 语句就不会再次捕获了
  3. 如果没有任何一个 except 语句捕获到这个异常，则该异常向外抛出
  4. except：称为缺省捕获，缺省捕获必须是最后一个捕获语句

捕获的原则从小到大，从具体到宽泛

1.7 as子句

先看一个例子：

# raise 能抛出什么样的异常？
class A: pass


try:
    # 1/0
    raise 1
    # raise "abc"
    # raise A
    # raise A()
    # raise {}
except:  # 写在最后，缺省捕获
    print('catch u')

'''
catch u
====end====
'''
print('====end====')

raise 真的什么类型都能抛出吗？被抛出的异常，应该是异常类的实例，如何获得这个对象呢？使用 as 子句：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 9:58
# @Author  : AmoXiang
# @File: 6.as子句.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680


# raise 能抛出什么样的异常？
class A: pass


try:
    # 1/0
    raise 1
    # raise "abc"
    # raise A
    # raise A()
    # raise {}
except Exception as e:  # 写在最后，缺省捕获
    print(type(e), e)  # 抛出TypeError类型异常实例

'''
<class 'TypeError'> exceptions must derive from BaseException
====end====
'''
print('====end====')

raise 语句：

  1. raise 后要求应该是 BaseException 类的子类或实例，如果是类，将被无参实例化。自定义应该是 Exception 子类
  2. raise 后什么都没有，表示抛出最近一个被激活的异常，如果没有被激活的异常，则抛类型异常。这种方式较少用，它用在 except 中

1.8 finally子句

finally 最终，即最后一定要执行的，try…finally 语句块中，不管是否发生了异常，都要执行 finally 的部分。

try:
    f = open('test.txt')
except FileNotFoundError as e:
    print('{} {} {}'.format(e.__class__, e.errno, e.strerror))
finally:
    print('清理工作')
    f.close()  #

注意上例中的 f 的作用域，解决的办法是在外部定义 f。finally 中一般放置资源的清理、释放工作的语句。

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 10:02
# @Author  : AmoXiang
# @File: 7.finally子句.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

f = None
try:
    f = open('test.txt')
except Exception as e:
    print('{}'.format(e))
finally:
    print('清理工作')
    if f:
        f.close()

'''
[Errno 2] No such file or directory: 'test.txt'
清理工作
'''

也可以在 finally 中再次捕捉异常：

try:
    f = open('test.txt')
except Exception as e:
    print('{}'.format(e))
finally:
    print('清理工作')
    try:
        f.close()
    except Exception as e:
        print(e)

'''
[Errno 2] No such file or directory: 'test.txt'
清理工作
name 'f' is not defined
'''

1.9 语句嵌套和捕获

异常语句内部可以嵌入到 try 块、except 块、finally 块中，异常在内部产生后，如果没有捕获到，就会继续向外部抛出，如果外部也没能捕获，将继续再向外部抛出，直至异常代码所在线程，导致线程崩溃。finally 中有 return、break 语句，则异常就不会继续向外抛出。示例：

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 10:07
# @Author  : AmoXiang
# @File: 8.语句嵌套与捕获.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

try:
    try:
        1 / 0
    except KeyError as e:
        print(1, e)
    finally:
        print(2, 'inner fin')
except FileNotFoundError as e:
    print(3, e)
finally:
    print(4, 'outer fin')

'''
2 inner fin
4 outer fin
Traceback (most recent call last):
  File "D:\Code\dream\PythonStudy\base\day08-异常处理\8.语句嵌套与捕获.py", line 10, in <module>
    1 / 0
ZeroDivisionError: division by zero
'''

1.10 else子句

# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024-10-25 10:09
# @Author  : AmoXiang
# @File: 9.else子句.py
# @Software: PyCharm
# @Blog: https://blog.youkuaiyun.com/xw1680

try:
    ret = 1 / 0
except ArithmeticError as e:
    print(e)
else:
    print('OK')
finally:
    print('fin')

'''
ret = 1 * 0 ==>
OK
fin

ret = 1 / 0 ==>
division by zero
fin
'''

else 子句，没有任何异常发生，则执行。

1.11 总结

try:
    <语句> #运行别的代码
except <异常类>:
    <语句> # 捕获某种类型的异常
except <异常类> as <变量名>:
    <语句> # 捕获某种类型的异常并获得对象
else:
    <语句> #如果没有异常发生
finally:
    <语句> #退出try时总会执行

如果 try 中语句执行时发生异常，搜索 except 子句，并执行第一个匹配该异常的 except 子句，如果 try 中语句执行时发生异常，却没有匹配的 except 子句，异常将被递交到外层的 try，如果外层不处理这个异常，异常将继续向外层传递。如果都不处理该异常，则会传递到最外层，如果还没有处理，就终止异常所在的线程，如果在 try 执行时没有发生异常，如有 else 子句，可执行 else 子句中的语句，无论 try 中是否发生异常， finally 子句最终都会执行。
在这里插入图片描述

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