Python 异常处理 详解

1、错误和异常

1.1 错误 Error

• 逻辑错误：算法写错了，例如加法写成了减法
• 笔误：例如变量名写错了，语法错误
• 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

1.2 异常 Exception

• 异常就是意外情况
• 在没有出现上述错误的前提下，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，导致程序无法正常执行下去
• 例如，访问一个网络文件，突然断网了，这就是个异常，是个意外的情况
• 总之，异常是不可能避免的

1.3 总结

• 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，异常是可以捕获的，并被处理的，但是错误是不能被捕获的
• 一个健壮的程序，尽可能的避免错误，尽可能的捕获、处理各种异常

2、产生异常

• 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

• 3 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）

  def foo():
      print('before')
      print(1/0)  # 捕获异常 
      print('after')
  
  foo()
  # ZeroDivisionError: division by zero
  
  def foo():
      print('before')
      raise Exception('My Exception')  # raise 主动抛出异常 
      print('after')
  
  foo()
  # Exception: My Exception
  

3、捕获异常

3.1 语法

try:
    待捕获异常的代码块
except [异常类型]:
    异常的处理代码块

3.2 示例 1

• 此例执行到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块将不再执行，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

  def foo():
      try:
          print('before')
          c = 1/0
          print('after')
      except:
          print('error')
          
      print('catch the exception')
  
  foo()
  print('====== end ======')
  

  before
  error
  catch the exception
  ====== end ======
  

3.3 示例 2

def foo():
    try:
        print('before')
        print(1/0)
        print('after')
    except ArithmeticError:  # 指定捕获的类型
        print('error')

    print('catch the exception')

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

before
error
catch the exception
====== end ======

4、 异常类

4.1 Exception hierarchy

The class hierarchy for built-in exceptions is:
BaseException
 +-- SystemExit
 +-- KeyboardInterrupt
 +-- GeneratorExit
 +-- Exception
      +-- StopIteration
      +-- StopAsyncIteration
      +-- ArithmeticError
      |    +-- FloatingPointError
      |    +-- OverflowError
      |    +-- ZeroDivisionError
      +-- AssertionError
      +-- AttributeError
      +-- BufferError
      +-- EOFError
      +-- ImportError
      |    +-- ModuleNotFoundError
      +-- LookupError
      |    +-- IndexError
      |    +-- KeyError
      +-- MemoryError
      +-- NameError
      |    +-- UnboundLocalError
      +-- OSError
      |    +-- BlockingIOError
      |    +-- ChildProcessError
      |    +-- ConnectionError
      |    |    +-- BrokenPipeError
      |    |    +-- ConnectionAbortedError
      |    |    +-- ConnectionRefusedError
      |    |    +-- ConnectionResetError
      |    +-- FileExistsError
      |    +-- FileNotFoundError
      |    +-- InterruptedError
      |    +-- IsADirectoryError
      |    +-- NotADirectoryError
      |    +-- PermissionError
      |    +-- ProcessLookupError
      |    +-- TimeoutError
      +-- ReferenceError
      +-- RuntimeError
      |    +-- NotImplementedError
      |    +-- RecursionError
      +-- SyntaxError
      |    +-- IndentationError
      |         +-- TabError
      +-- SystemError
      +-- TypeError
      +-- ValueError
      |    +-- UnicodeError
      |         +-- UnicodeDecodeError
      |         +-- UnicodeEncodeError
      |         +-- UnicodeTranslateError
      +-- Warning
           +-- DeprecationWarning
           +-- PendingDeprecationWarning
           +-- RuntimeWarning
           +-- SyntaxWarning
           +-- UserWarning
           +-- FutureWarning
           +-- ImportWarning
           +-- UnicodeWarning
           +-- BytesWarning
           +-- EncodingWarning
           +-- ResourceWarning

4.2 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
• KeyboardInterrupt：对应的捕获用户中断行为 Ctrl + C
• Exception及子类：
  1、 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
  2、 SyntaxError：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
  3、 ArithmeticError：所有算术计算引发的异常，其子类有除零异常等
  4、 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
  5、 自定义异常类：从Exception继承的类

4.3 sys.exit()示例 1

import sys
KeyboardInterrupt
print('Before')
sys.exit(1)
print('SysExit')
print('outer')

D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089\venv\Scripts\python.exe D:/PycharmProjects/pythonProject/202108089/test6.py
Before

Process finished with exit code 1

4.4 sys.exit()示例 2

import sys

try:
    sys.exit(1)
except SystemExit:
    print('SysExit')
print('outer')

D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089\venv\Scripts\python.exe D:/PycharmProjects/pythonProject/202108089/test6.py
SysExit
outer

Process finished with exit code 0

4.5 KeyboardInterrupt示例

try:
    import time
    while True:
        time.sleep(1)
        print('!!!')
except KeyboardInterrupt:
    print('Ctrl + C')
print('=== end ===')

PS D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089> python .\test8.py
!!!
!!!
Ctrl + C
=== end ===
PS D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089>

4.6 SyntaxError示例

• 语法错误直接报错，无法捕捉，解释器连执行都不会去做

try:
    0a = 5
except SyntaxError:  # 无法捕获
    print('after')

SyntaxError: invalid syntax

print('=' * 10)
def 0a():
    print('begin')

try:
    0a()
except Exception as e:
    print(e, type(e))

D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089\venv\Scripts\python.exe D:/PycharmProjects/pythonProject/202108089/test8.py
  File "D:/PycharmProjects/pythonProject/202108089/test8.py", line 1
    def 0a():
        ^
SyntaxError: invalid syntax

Process finished with exit code 1

4.7 自定义类示例

class MyException(Exception):
    pass

try:
    raise MyException
except MyException:  # 捕捉自定义异常
    print('Catch the exception')

Out:
Catch the exception

5、多种捕获

多种捕获：except可以指定捕获的类型，捕获多种异常。

5.1 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的语句块
• 2 如果被一个except语句捕获，其它except语句就不会再次捕获了，谁在前谁捕获
• 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 捕获原则：从小到大，从具体到宽泛
• 5 编写异常时：越具体的异常，越往上写；宽泛的，往下写；尽量不要压制异常

5.2 示例 1

import sys

class MyException(Exception):
    pass

try:
    print('before')
    a = 1/0
#     raise MyException()
#     open('t')
#     sys.exit(1)

except MyException:
    print('catch my exception')
except ArithmeticError:  # 可以捕获除零异常
    print('ari')
except ZeroDivisionError:  # 可以捕获除零异常
    print('zero')
except MyException:
    print('catch my exception')
except BaseException:  # 可以捕获除零异常
    print('Base')
except Exception:  # 可以捕获除零异常
    print('exception')
except:
    print('sysexit')

5.3 示例 2

class A:pass

try: 
    raise A()
except:
    print('catch the exception')

Out：
catch the exception

6、其它子句介绍

• as子句：被抛出的异常，应该时异常类的实例，可以使用as子句获得这个对象
• raise语句：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；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，则抛出类型异常；raise是用raise语句来引发一个异常。异常/错误对象必须有一个名字，且它们应是Error或Exception类的子类
• Python用异常对象(exception object)表示异常情况，遇到错误后，会引发异常
• 如果异常对象并未被处理或捕捉，程序就会用所谓的回溯(Traceback,一种错误信息)终止执行
• finally子句：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
• else子句：没有任何异常发生，则执行

6.1 示例 1

class MyException(Exception):
    def __init__(self, code, message):
        self.code = code
        self.message = message

try: 
    raise MyException()
    raise 1/0
    # raise
except MyException as e:
    print('catch my exception')
except Exception as e:
    print(e)
    print('=== end ===')

Out:
__init__() missing 2 required positional arguments: 'code' and 'message'
=== end ===

6.2 示例 2

class MyException(Exception):
    def __init__(self, code, message):
        self.code = code
        self.message = message

try: 
    # raise MyException()
    raise 1/0
    # raise
except MyException as e:
    print('catch my exception')
except Exception as e:
    print(e)
    print('=== end ===')

Out：
division by zero
=== end ===

6.3 示例 3

f = None
try:
    f = open('111.txt')
except Exception as e:
    print(e.__class__, e.errno, e.strerror)
finally:
    print('clear working')
    try:
        f.close()
    except Exception as e:
        print(e)

Out：
<class 'FileNotFoundError'> 2 No such file or directory
clear working
'NoneType' object has no attribute 'close'

6.4 示例 4

# 函数的返回值取决于最后一个执行的return语句，而finally则是try...finally中最后执行的语句块

def foo():
    # return 1
    try:
        return 3
    finally:
        return 5
        print('Finally')
    print('===')
    
print(foo())

Out：
5

6.5 示例 5

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

division by zero
fin

6.6 示例 6

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

OK
fin

7、异常的传递

7.1 示例 1

• foo2调用了foo1，foo1产生的异常，传递到了foo2中

• 异常总是向外层抛出，如果外层没有处理这个异常，就会继续向外抛出

• 如果内层捕获并处理了异常，外部就不能捕获到了

• 如果到了最外层还是没有被处理，就会中断异常所在的线程的执行

• 注意整个程序结束的状态返回值

  def foo1():
      return 1/0
  
  def foo2():
      print('foo2 start')
      foo1()
      print('foo2 stop')
  
  foo2()
  

  D:\PycharmProjects\pythonProject\202108089\venv\Scripts\python.exe D:/PycharmProjects/pythonProject/202108089/test6.py
  Traceback (most recent call last):
  	... ...
      return 1/0
  ZeroDivisionError: division by zero
  foo2 start
  
  Process finished with exit code 1
  

7.2 示例 2

# 线程中测试异常
import threading
import time

def foo1():
    return 1/0

def foo2():
    time.sleep(3)
    print('foo2 start')
    foo1()
    print('foo2 stop')
    
t = threading.Thread(target=foo2)
t.start()

while True:
    time.sleep(1)
    print('Everything is OK.')
    print(threading.enumerate())

8、try语句

8.1 try 语法

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

8.2 try 工作原理

• 1 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
• 2 如果try中语句执行时发生异常，却没有匹配的except的子句，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
• 3 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
• 4 无论try中是否发生异常，finally子句最终都会执行

8.3 示例 1

# try嵌套
# 内部捕获不到异常，会向外层传递异常
# 但是如果函数内层有finally且其中有return break语句，则异常就不会继续向外抛出
try:
    try:
        ret = 1/0
    except KeyError as e:
    # except ZeroDivisionError as e:
        print(e)
    finally:
        print('inner fin')
except:
    print('outer catch')
finally:
    print('outer fin')

inner fin
outer catch
outer fin

8.4 示例 2

# try嵌套
# 内部捕获不到异常，会向外层传递异常
# 但是如果函数内层有finally且其中有return break语句，则异常就不会继续向外抛出
def foo():
    try:
        ret = 1/0
    except KeyError as e:
        print(e)
    finally:
        print('inner fin')
        return

try:
    foo()
except:
    print('outer catch')
finally:
    print('outer fin')

inner fin
outer fin

9、异常的捕获时机

• 1 立即捕获：需要立即返回一个明确的结果

• 2 边界捕获：封装产生了边界

  def parse_int(s):
      try:
          return int(s)
      except:
          return 0
  
  print(parse_int('s'))
  
  Out:
  0
  

10、自定义异常类注意事项

10.1 异常类写的有问题

# 自己写的异常类没写对，抛出异常，被exception捕获

class MyException(Exception):
    def __init__(self, code, msg):
        self.code = code
        self.msg = msg
    
try:
    raise MyException  # 抛出的异常都是实例
except NotImplementedError as e:
    print('not imp', e, type(e))
except MyException as e:
    print('my exception', e, type(e))
except Exception as e:
    print('all exception', e, type(e))
    
print('end')

all exception __init__() missing 2 required positional arguments: 'code' and 'msg' <class 'TypeError'>
end

10.2 异常类传入参数

class MyException(Exception):
    def __init__(self, code, msg):
        self.code = code
        self.msg = msg
    
try:
    raise MyException(999, '123')
except NotImplementedError as e:
    print('not imp', e, type(e))
except MyException as e:
    print('my exception', e, type(e))
except Exception as e:
    print('all exception', e, type(e))
    
print('end')

my exception (999, '123') <class '__main__.MyException'>
end

10.3 异常类传入默认参数

class MyException(Exception):
    def __init__(self, code="200", msg="Not OK"):
        self.code = code
        self.msg = msg
    
try:
    raise MyException  # 等效于raise MyException()
except NotImplementedError as e:
    print('not imp', e, type(e))
except MyException as e:
    print('my exception', e, type(e), e.code)
except Exception as e:
    print('all exception', e, type(e))
    
print('end')

my exception  <class '__main__.MyException'> 200
end