第二十四节 异常

10.3 异常

Python使用称为异常的特殊对象来管理程序执行期间发生的错误。每当发生让Python不知所措的错误时，它都会创建一个异常对象。如果你编写了处理该异常的代码，程序将继续运行；如果未对异常进行处理，程序将停止并显示traceback，其 中包含有关异常的报告。

异常是使用try-except 代码块处理的。try-except 代码块让Python执行指定的操作，同时告诉Python发生异常时怎么办。使用try-except 代码块时，即便出现异常，程序也将继续运行：显示你编写的友好的错误消息，而不是令用户迷惑的traceback。

10.3.1 处理ZeroDivisionError 异常

下面来看一种导致Python引发异常的简单错误。你可能知道，不能用数除以0，但还 是让Python这样做：

division_calculator.py

print(5/0)

显然，Python无法这样做，因此你将看到一个traceback：

Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\Administrator\Desktop\1.py", line 1, in 
    print(5/0)
ZeroDivisionError: division by zero ❶

在上述traceback中，❶处指出的错误ZeroDivisionError 是个异常对象。Python无法按你的要求做时，就会创建这种对象。在这种情况下，Python将停止运行程序，并指出引发了哪种异常，而我们可根据这些信息对程序进行修改。下面来告诉Python，发生这种错误时怎么办。这样，如果再次发生此类错误，我们就有备无患了。

10.3.2 使用try-except 代码块

当你认为可能会发生错误时，可编写一个try-except 代码块来处理可能引发的异常。你让Python尝试运行一些代码，并告诉它如果这些代码引发了指定的异常该怎么办。

处理ZeroDivisionError 异常的try-except 代码块类似于下面这样：

try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError:
    print("You can't divide by zero!")

将导致错误的代码行print(5/0) 放在一个try 代码块中。如果try 代码块中的代码运行起来没有问题，Python将跳过except 代码块；如果try 代码块中的代码导致了错误，Python将查找与之匹配的except 代码块并运行其中的代码。

在本例中，try 代码块中的代码引发了ZeroDivisionError 异常，因此Python 查找指出了该怎么办的except 代码块，并运行其中的代码。这样，用户看到的是一条友好的错误消息，而不是traceback：

You can't divide by zero!

如果try-except 代码块后面还有其他代码，程序将接着运行，因为已经告诉了Python如何处理这种错误。下面来看一个捕获错误后程序继续运行的示例。

10.3.3 使用异常避免崩溃

发生错误时，如果程序还有工作尚未完成，妥善地处理错误就尤其重要。这种情况经常会出现在要求用户提供输入的程序中；如果程序能够妥善地处理无效输入，就能再提示用户提供有效输入，而不至于崩溃。

下面来创建一个只执行除法运算的简单计算器：

division_calculator.py

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
    first_number = input("\nFirst number: ")❶
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Second number: ")❷
    if second_number == 'q':
        break
    answer = int(first_number) / int(second_number)❸
    print(answer)

在❶处，程序提示用户输入一个数，并将其赋给变量first_number 。如果用户输入的不是表示退出的q ，就再提示用户输入一个数，并将其赋给变量second_number （见❷）。接下来，计算这两个数的商（见❸）。该程序没有采取任何处理错误的措施，因此在执行除数为0的除法运算时，它将崩溃：

Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.

First number: 5
Second number: 0
Traceback (most recent call last):
    File "C:\Users\Administrator\Desktop\1.py", line 10, in 
        answer = int(first_number) / int(second_number)
ZeroDivisionError: division by zero

程序崩溃可不好，但让用户看到traceback也不是个好主意。不懂技术的用户会被搞糊涂，怀有恶意的用户还会通过traceback获悉你不想他知道的信息。例如，他将知道你的程序文件的名称，还将看到部分不能正确运行的代码。有时候，训练有素的 攻击者可根据这些信息判断出可对你的代码发起什么样的攻击。

10.3.4 else 代码块

通过将可能引发错误的代码放在try-except 代码块中，可提高程序抵御错误的能力。错误是执行除法运算的代码行导致的，因此需要将它放到try-except 代码块中。这个示例还包含一个else代码块。依赖try代码块成功执行的代码都应放到else 代码块中：

print("Give me two numbers, and I'll divide them.")
print("Enter 'q' to quit.")
while True:
    first_number = input("\nFirst number: ")
    if first_number == 'q':
        break
    second_number = input("Second number: ")
    if second_number == 'q':
        break
    try:❶
        answer = int(first_number) / int(second_number)
    except ZeroDivisionError:❷
        print("You can't divide by 0!")
    else:❸
        print(answer)

让Python尝试执行try 代码块中的除法运算（见❶），这个代码块只包含可能导致错误的代码。依赖try代码块成功执行的代码都放在else 代码块中。在本例中， 如果除法运算成功，就使用else 代码块来打印结果（见❸）。

except 代码块告诉Python，出现ZeroDivisionError 异常时该如何办（见❷）。如果try代码块因除零错误而失败，就打印一条友好的消息，告诉用户如何避免这种错误。程序继续运行，用户根本看不到traceback：

Give me two numbers, and I'll divide them.
Enter 'q' to quit.

First number: 5
Second number: 0
You can't divide by 0!

First number: 5
Second number: 2
2.5

First number: q

try-except-else 代码块的工作原理大致如下。Python尝试执行try 代码块中的代码，只有可能引发异常的代码才需要放在try 语句中。有时候，有一些仅在try 代码块成功执行时才需要运行的代码，这些代码应放在else 代码块中。except 代码块告诉Python，如果尝试运行try 代码块中的代码时引发了指定的异常该怎么办。

通过预测可能发生错误的代码，可编写健壮的程序。它们即便面临无效数据或缺少资源，也能继续运行，从而抵御无意的用户错误和恶意的攻击。

10.3.5 处理FileNotFoundError 异常

使用文件时，一种常见的问题是找不到文件：查找的文件可能在其他地方，文件名可能不正确，或者这个文件根本就不存在。对于所有这些情形，都可使用try- except 代码块以直观的方式处理。

我们来尝试读取一个不存在的文件。下面的程序尝试读取文件alice.txt的内容，但该文件没有存储在alice.py所在的目录中：

alice.py

filename = 'alice.txt'
with open(filename, encoding='utf-8') as f:
   contents = f.read()

相比于本章前面的文件打开方式，这里有两个不同之处。一是使用变量f来表示文件对象，这是一种常见的做法。二是给参数encoding 指定了值，在系统的默认编码与要读取文件使用的编码不一致时，必须这样做。

Python无法读取不存在的文件，因此它引发一个异常：

Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\Administrator\Desktop\1.py", line 2, in 
    with open(filename, encoding='utf-8') as f:
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'alice.txt'

上述traceback的最后一行报告了FileNotFoundError 异常，这是Python找不到要打开的文件时创建的异常。在本例中，这个错误是函数open() 导致的。因此， 要处理这个错误，必须将try 语句放在包含open() 的代码行之前：

filename = 'alice.txt'
try:
    with open(filename, encoding='utf-8') as f:
       contents = f.read()

except FileNotFoundError:
    print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")

在本例中，try 代码块引发了FileNotFoundError 异常，因此Python找到与该错误匹配的except 代码块，并运行其中的代码。最终的结果是显示一条友好的错误消息，而不是traceback：

Sorry, the file alice.txt does not exist.

如果文件不存在，这个程序就什么都做不了，错误处理代码也意义不大。下面来扩展这个示例，看看在你使用多个文件时，异常处理可提供什么样的帮助。

10.3.6 分析文本

你可以分析包含整本书的文本文件。很多经典文学作品都是简单以文本文件的形式提供的，因为它们不受版权限制。本节使用的文本来自古登堡计划，该计划提供了一系列不受版权限制的文学作品。如果你要在编程项目中使用文学文本，这是一个 很不错的资源。

下面来提取童话《爱丽丝漫游奇境记》（Alice in Wonderland ）的文本，并尝试计算它包含多少个单词。我们将使用方法split() ，它能根据一个字符串创建一个单词列表。下面是对只包含童话名"Alice in Wonderland" 的字符串调用方法split() 的结果：

>>> title = "Alice in Wonderland"
>>> title.split()
['Alice', 'in', 'Wonderland']

方法split() 以空格为分隔符将字符串分拆成多个部分，并将这些部分都存储到一个列表中。结果是一个包含字符串中所有单词的列表，虽然有些单词可能包含标点。为计算《爱丽丝漫游奇境记》包含多少个单词，我们将对整篇小说调用split() ，再计算得到的列表包含多少个元素，从而确定整篇童话大致包含多少个单词：

filename = 'alice.txt'
try:
    with open(filename, encoding='utf-8') as f:
        contents = f.read()
except FileNotFoundError:
    print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")
else:
    # 计算该文件大致包含多少个单词。
    words = contents.split()❶
    num_words = len(words)❷
    print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")❸

我们将文件alice.txt移到了正确的目录中，让try 代码块能够成功执行。在❶处， 对变量contents （它现在是一个长长的字符串，包含童话《爱丽丝漫游奇境记》的全部文本）调用方法split() ，以生成一个列表，其中包含这部童话中的所有单词。使用len()来确定这个列表的长度时，就能知道原始字符串大致包含多少个单词了（见❷）。在❸处，打印一条消息，指出文件包含多少个单词。这些代码都放在else 代码块中，因为仅当try 代码块成功执行时才执行它们。输出指出了文件alice.txt包含多少个单词：

The file alice.txt has about 29465 words.

这个数稍大一点，因为使用的文本文件包含出版商提供的额外信息，但还是成功估算出了童话《爱丽丝漫游奇境记》的篇幅。

10.3.7 使用多个文件

下面多分析几本书。这此之前，先将这个程序的大部分代码移到一个名为count_words() 的函数中。这样，对多本书进行分析时将更容易：

word_count.py

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词。"""❶
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")
filename = 'alice.txt'
count_words(filename)

这些代码大多与原来一样，只是移到了函数count_words() 中，并增加了缩进量。修改程序的同时更新注释是个不错的习惯，因此我们将注释改成文档字符串， 并稍微调整了一下措辞（见❶）。

现在可以编写一个简单的循环，计算要分析的任何文本包含多少个单词了。为此，将要分析的文件的名称存储在一个列表中，然后对列表中的每个文件调用count_words() 。我们将尝试计算《爱丽丝漫游奇境记》《悉达多》（Siddhartha ）、《白鲸》（Moby Dick ）和《小妇人》（Little Women ）分别包含多少个单词，它们都不受版权限制。我故意没有将siddhartha.txt放到word_count.py所在的目录中，从而展示该程序在文件不存在时应对得有多出色：

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词。"""
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"Sorry, the file {filename} does not exist.")
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")

filenames = ['alice.txt', 'siddhartha.txt', 'moby_dick.txt', 'little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

文件siddhartha.txt不存在，但这丝毫不影响该程序处理其他文件：

The file alice.txt has about 29465 words.
Sorry, the file siddhartha.txt does not exist.
The file moby_dick.txt has about 215830 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.

在本例中，使用try-except 代码块提供了两个重要的优点：避免用户看到traceback，以及让程序继续分析能够找到的其他文件。如果不捕获因找不到siddhartha.txt而引发的FileNotFoundError 异常，用户将看到完整的traceback，而程序将在尝试分析《悉达多》后停止运行。它根本不会分析《白鲸》 和《小妇人》。

10.3.8 静默失败

在前一个示例中，我们告诉用户有一个文件找不到。但并非每次捕获到异常都需要告诉用户，有时候你希望程序在发生异常时保持静默，就像什么都没有发生一样继续运行。要让程序静默失败，可像通常那样编写try代码块，但在except代码块中明确地告诉Python什么都不要做。Python有一个pass 语句，可用于让Python在代码块中什么都不要做：

def count_words(filename):
    """计算一个文件大致包含多少个单词。"""
    try:
        with open(filename, encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        pass ❶
    else:
        words = contents.split()
        num_words = len(words)
        print(f"The file {filename} has about {num_words} words.")

filenames = ['alice.txt', 'siddhartha.txt', 'moby_dick.txt', 'little_women.txt']
for filename in filenames:
    count_words(filename)

相比于前一个程序，这个程序唯一的不同之处是❶处的pass 语句。现在，出现FileNotFoundError 异常时，将执行except 代码块中的代码，但什么都不会发生。这种错误发生时，不会出现traceback，也没有任何输出。用户将看到存在的每个文件包含多少个单词，但没有任何迹象表明有一个文件未找到：

The file alice.txt has about 29465 words.
The file moby_dick.txt has about 215830 words.
The file little_women.txt has about 189079 words.

pass 语句还充当了占位符，提醒你在程序的某个地方什么都没有做，并且以后也许要在这里做些什么。例如，在这个程序中，我们可能决定将找不到的文件的名称写入文件missing_files.txt中。用户看不到这个文件，但我们可以读取它，进而处理所有找不到文件的问题。

10.3.9 决定报告哪些错误

该在什么情况下向用户报告错误？又该在什么情况下静默失败呢？如果用户知道要分析哪些文件，他们可能希望在有文件却没有分析时出现一条消息来告知原因。如果用户只想看到结果，并不知道要分析哪些文件，可能就无须在有些文件不存在时告知他们。向用户显示他不想看到的信息可能会降低程序的可用性。Python的错误处理结构让你能够细致地控制与用户分享错误信息的程度，要分享多少信息由你决 定。

编写得很好且经过详尽测试的代码不容易出现内部错误，如语法或逻辑错误，但只要程序依赖于外部因素，如用户输入、存在指定的文件、有网络链接，就有可能出现异常。凭借经验可判断该在程序的什么地方包含异常处理块，以及出现错误时该向用户提供多少相关的信息。

动手试一试

练习10-6：加法运算

提示用户提供数值输入时，常出现的一个问题是，用户提供的是文本而不是数。在此情况下，当你尝试将输入转换为整数时，将引发ValueError 异常。编写一个程序，提示用户输入两个数，再将其相加并打印结果。在用户输入的任何一个值不是数时都捕获ValueError 异常，并打印一条友好的错误消息。对你编写的程序进行测试：先输入两个数，再输入一些文本而不是数。

try:
    first_number = int(input("请输入第一个数字："))
except ValueError:
    print("你输入的不是数字。")
try:
    second_number = int(input("请输入第二个数字："))
except ValueError:
    print("你输入的不是数字。")
print(first_number+second_number)

练习10-7：加法计算器

将为完成练习10-6而编写的代码放在一个while 循环中，让用户犯错（输入的是文本而不是数）后能够继续输入数。

while True:
    try:
        first_number = int(input("请输入第一个数字："))
        break
    except ValueError:
        print("你输入的不是数字。")
        continue
while True:
    try:
        second_number = int(input("请输入第二个数字："))
        break
    except ValueError:
        print("你输入的不是数字。")
        continue
print(first_number+second_number)

练习10-8：猫和狗

创建文件cats.txt和dogs.txt，在第一个文件中至少存储三只猫的名字，在第二个文件中至少存储三条狗的名字。编写一个程序，尝试读取这些文件，并将其内容打印到屏幕上。将这些代码放在一个try-except  代码块中，以便在文件不存在时捕获FileNotFound错误，并显示一条友好的消息。将任意一个文件移到另一个地方，并确认except 代码块中的代码将正确执行。

def ReadFile(filename):
    try:
        with open(filename,encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
            print(contents)
    except FileNotFoundError:
        print(f"The file {filename} is not exist.")

filename = 'cat.txt'
ReadFile(filename)

练习10-9：静默的猫和狗

修改你在练习10-8中编写的except 代码块，让程序在任意文件不存在时静默失败。

def ReadFile(filename):
    try:
        with open(filename,encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
            print(contents)
    except FileNotFoundError:
        pass

filename = 'cat.txt'
ReadFile(filename)
filename = 'cats.txt'
ReadFile(filename)
filename = 'dog.txt'
ReadFile(filename)

练习10-10：常见单词

访问古登堡计划，找一些你想分析的图书。下载这些作品的文本文件或将浏览器中的原始文本复制到文本文件中。

可以使用方法count() 来确定特定的单词或短语在字符串中出现了多少次。例如，下面的代码计算'row' 在一个字符串中出现了多少次：

>>> line = "Row,row,row your boat"
>>> line.count('row')
2
>>> line.lower().count('row')
3

请注意，通过使用lower() 将字符串转换为小写，可捕捉要查找单词的所有格式，而不管其大小写如何。

编写一个程序，它读取你在古登堡计划中获取的文件，并计算单词'the' 在每个文件中分别出现了多少次。这里计算得到的结果并不准确，因为将诸如'then' 和'there' 等单词也计算在内了。请尝试计算'the ' （包含空格）出现的次数，看看结果相差多少。

def ReadFile(filename,word):
    try:
        with open(filename,encoding='utf-8') as f:
            contents = f.read()
    except FileNotFoundError:
        print(f"The file {filename} is not exist.")
    else:
        words = contents.split()
        times = words.count(word)
        print(f"The word {word} appears in the book {times} times.")

filename = 'alice.txt'
word = 'then'
ReadFile(filename,word)