第11章 错误和异常

11.1 异常介绍

Python 是一门解释型语言，只有在程序运行后才会执行语法检查。所以，只有在运行或测试程序时，才会真正知道该程序能不能正常运行。

Python 有两种错误很容易辨认：语法错误和异常。

11.1.1 语法错误

程序解析时遇到的错误。

例如以下程序，因缺少 : 而出现语法错误。

while True print(1)
#     while True print(1)
#                ^^^^^
# SyntaxError: invalid syntax

11.1.2 异常

Python 程序的语法是正确的，在运行它的时候，也有可能发生错误。运行期检测到的错误被称为异常。

例如以下程序，因变量名未找到而引发 NameError。

print(var1)
#     print(var1)
#           ^^^^
# NameError: name 'var1' is not defined. Did you mean: 'vars'?

大多数的异常都不会被程序处理，都以错误信息的形式打印出来，错误信息的前面部分显示了异常发生的上下文，并以调用栈的形式显示具体信息。

11.2 异常处理

对异常进行处理并不是将错误规避了，而是当程序运行的时候，出现错误的时候提供解决方案，不终止程序，可以让程序继续执行。

11.2.1 try except

可以使用 try except 语句来捕获异常并处理。

1）语法

try:
    可能发生异常的代码
except:
    异常处理的代码

• 如果没有发生异常，程序会忽略 except 中的代码，继续向下执行。
• 如果发生了异常，会忽略 try 中剩余代码，执行 except 中的代码。

2）案例

try:
    result = 3 / 1
    print("没有发生异常")
except:
    print("发生异常了")
print("End")

11.2.2 捕获指定类型的异常以及获取异常描述信息

在打印出来的异常信息中，冒号之前是异常类型，冒号之后是异常描述信息。

# NameError: name 'a' is not defined
# NameError: 冒号之前是异常类型
# : name 'a' is not defined 冒号之后是异常描述信息
print(a)

如果我们在程序中想对不同类型的异常进行不同的处理，并在处理异常的时候获取异常信息，我们可以通过如下方式。

1）语法

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 as 变量名1:
    异常处理的代码
except 异常类型2 as 变量名2:
    异常处理的代码
except (异常类型3, 异常类型4, 异常类型5) as 变量名3:
    异常处理的代码
except:
    异常处理的代码

• 如果没有发生异常，程序会忽略 except 中的代码，继续向下执行。
• 如果发生了异常，会忽略 try 中剩余代码，根据异常类型匹配到相应的 except 并执行其中的代码。
• 如果发生了异常，且异常类型无法和任何 except 匹配，异常将向外传递。
• 一个 except 可以同时处理多个异常，将这些异常放在一个元组中。
• 最后一个 except 可以忽略异常类型，它将被作为通配符使用。

2）案例

try:
    result = 3 / 0
    print("发生异常了")
except ZeroDivisionError as e:
    print(e)
except (RuntimeError, TypeError, NameError) as e:
    print(e)
except:
    print("Unexpected error")
print("End")

11.2.3 else

可选地将 else 放在所有 except 之后。如果 try 中代码没有发生异常，将执行 else 中的代码。

1）语法

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 as 变量名1:
    异常处理的代码
except 异常类型2 as 变量名2:
    异常处理的代码
else:
    没有异常时执行的代码

2）说明

• 从执行效果上说，将代码放到 else 块和直接放到 try 块中是一样的。
• 将 try 正常执行完毕而没有引发任何异常后被执行的代码放到 else 中。提供了一种清晰的逻辑区分，将正常情况的代码与异常处理代码分开，使代码更易于理解和维护，有助于代码的可读性和可维护性。
• 例如，你希望在 try 块中有些操作执行成功后，再执行其它代码，那就可以把代码放到 else 语句块中。

3）案例

try:
    result = x / y
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零！")
else:
    print(f"结果是: {result}")

11.2.4 finally

可选地，放在最后。无论是否发生异常都会执行的代码，通常用于执行一些必须要进行的清理操作，例如关闭文件、释放资源（如网络连接、数据库连接、锁等），即使在执行 try 块中的代码时出现了异常，也能保证这些操作得以完成。

1）语法

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 as 变量名1:
    异常处理的代码
except 异常类型2 as 变量名2:
    异常处理的代码
else:
    没有异常时执行的代码
finally:
    无论是否发生异常都会执行的代码

2）说明

• 如果从执行效果上说，大部分场景，将代码放到 finally 语句和放到 try-except 块外效果是一样的。
• finally 语句块是 try-except 结构的一部分，它确保了无论 try 块中是否发生异常，也无论 except 块是否被执行，其中的代码都会被执行。
• 直接放在 try-except 结构外面的代码只会在 try-except 结构正常执行完毕后才会执行，如果在 try 块中出现异常且没有被 except 块捕获，或者在 except 块中出现了新的异常导致程序终止，那么这部分代码将不会被执行。

3）案例

# 异常被捕获的情况
try:
    result = 3 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(e)
else:
    print(result)
finally:
    print("finally")
print("End")
# 输出结果：
# division by zero
# finally
# End

# 异常未被捕获的情况
try:
    result = 3 / 0
except NameError as e:
    print(e)
else:
    print(result)
finally:
    print("finally")
print("End")
# 输出结果：
# finally
# Traceback (most recent call last):
#   ...
# ZeroDivisionError: division by zero

11.3 抛出异常

11.3.1 raise

当你想要在代码中明确表示发生了错误或异常情况时，可以使用 raise 来抛出异常。这可以帮助你在满足某些条件时停止程序的正常执行，并将控制权转移到异常处理部分。

1）语法

raise 异常类型("异常描述")

2）案例

def int_add(x, y):
    if isinstance(x, int) and isinstance(y, int):
        return x + y
    else:
        raise TypeError("参数类型错误")

print(int_add(1, 2))  # 3
print(int_add("1", "2"))  # TypeError: 参数类型错误

11.3.2 assert 断言

assert 用于判断一个表达式，在表达式条件为 False 的时候触发异常，常用于调试程序。

1）语法

assert 表达式 [, 异常描述]

等价于：

if not 表达式:
    raise AssertionError([异常描述])

2）案例

def int_add(x, y):
    assert isinstance(x, int) and isinstance(y, int), "参数类型错误"
    return x + y

print(int_add(1, 2))  # 3
print(int_add("1", "2"))  # AssertionError: 参数类型错误

11.4 自定义异常

通过直接或者间接继承 Exception 类来创建自己的异常。

class MyError(Exception):
    def __init__(self, value):
        self.value = value

    def __str__(self):
        return repr(self.value)

try:
    raise MyError(1)
except MyError as e:
    print("触发自定义异常:", e.value)

11.5 异常的传递

当存在 try 嵌套或函数嵌套时，若内层出现了异常且在内层无法处理，会将异常一层一层向外传递，直到异常被处理或程序报错。

try:
    try:
        try:
            print(1 / 0)
        except NameError as e:
            print("第三层", e)
    except TypeError as e:
        print("第二层", e)
except Exception as e:
    print("第一层", type(e), e)
# 第一层 <class 'ZeroDivisionError'> division by zero

11.6 with 关键字

Python 中的 with 语句用于异常处理，封装了 try except finally 编码范式，提供了一种简洁的方式来确保资源的正确获取和释放，同时处理可能发生的异常，提高了易用性。使代码更清晰、更具可读性，简化了文件流等公共资源的管理。

11.6.1 语法

with expression as variable:
    # 代码块

• expression：通常是一个对象或函数调用，该对象需要是一个上下文管理器，即实现了 __enter__ 和 __exit__ 方法。
• variable：是可选的，用于存储 expression 的 __enter__ 方法的返回值。

11.6.2 工作原理

• 使用 with 关键字系统会自动调用 f.close() 方法，with 的作用等效于 try finally 语句。
• 当执行 with 语句时，会调用 expression 对象的 __enter__ 方法。
• __enter__ 方法的返回值可以被存储在 variable 中（如果有），以供 with 代码块中使用。
• 然后执行 with 语句内部的代码块。
• 无论在代码块中是否发生异常，都会调用 expression 对象的 __exit__ 方法，以确保资源的释放或清理工作，这类似于 try-except-finally 中的 finally 子句。

11.6.3 案例：打开一个文件并向其中写入内容，验证出现异常后文件是否正常关闭

1）常规方式

try:
    file = open("test.txt", "w")
    file.write(a)
    file.close()
finally:
    print("文件是否关闭：", file.closed)  # 文件是否关闭： False

2）使用 try finally

try:
    file = open("test.txt", "w")
    try:
        file.write(a)
    finally:
        file.close()
finally:
    print("文件是否关闭：", file.closed)  # 文件是否关闭： True

3）使用 with

try:
    with open("test.txt", "w") as f:
        f.write(a)
finally:
    print("文件是否关闭：", f.closed)  # 文件是否关闭： True

11.7 Python 常见异常

11.7.1 异常基类

11.7.2 具体异常