【python】错误处理、异常捕获、调试和单元测试详解

前言

• 操作：错误处理、异常捕获和调试测试
• 目的：确保程序质量和稳定性的重要方面

1. 错误

错误通常指的是程序中的语法错误和逻辑错误

1.1 语法错误

• 定义：代码不符合Python语言的语法标准，导致Python解释器无法正确解析代码
• 示例

# 缺少冒号，导致语法错误
 if True
     print("Hello,world!")

• 运行错误提示

D:\PycharmProjects\pythonProject.venv\Scripts\python.exe D:\PycharmProjects\pythonProject\test.py
File “D:\PycharmProjects\pythonProject\test.py”, line 2122
if True
^
SyntaxError: expected ‘:’

Process finished with exit code 1

1.2 逻辑错误

• 定义：代码逻辑错误导致程序崩溃，通常是由于算法设计错误或对业务逻辑的理解有误导致
• 示例

# 除数为零
 10 / 0  # ZeroDivisionError

• 运行错误提示

D:\PycharmProjects\pythonProject.venv\Scripts\python.exe D:\PycharmProjects\pythonProject\test.py
Traceback (most recent call last):
File “D:\PycharmProjects\pythonProject\test.py”, line 2131, in
10 / 0 # ZeroDivisionError
~^
ZeroDivisionError: division by zero

Process finished with exit code 1

2. 异常

• 异常通常指在程序运行过程中出现的意外情况，导致程序无法正常执行
• 常见异常类型有 ZeroDevisionError、FileNotFoundError、IndexError、KeyError、ValueError、TypeError等

2.1 ZerDevisionError

• 当除数为零时会抛出异常

try:
    result = 1 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零")

2.2 FileNotFoundError

• 尝试打开一个不存在的文件时会抛出该异常

try:
    with open("nonexistent_file.txt","r") as file:
        content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到")

2.3 IndexError

• 当尝试访问列表、元组等序列类型中不存在的索引时，会抛出该异常

my_list = [1,2,3]
try:
    print(my_list[3])
except IndexError:
    print("索引超出范围")
    

2.4 keyError

• 当尝试访问字典中不存在的键、或者在集合中使用不存在的键时，会抛出该异常
• 即尝试使用一个在映射对象中不存在的键来获取对应的值

my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}

# 尝试访问不存在的键
try:
    value = my_dict['city']
except KeyError as e:
    print(f"捕获到 KeyError: {e}")
    

2.5 ValueError

• 传入的参数类型正确，但参数的值不符合要求

# 字符串'abc'无法转换为整数
num_str = "abc"
try:
    num = int(num_str)
except ValueError as e:
    print(f"捕获到 ValueError: {e}")
    

2.6 TypeError

• 当实际传入的参数类型与期望的不符时，会抛出该异常

# 字符串和整数是不同的数据类型，不能直接用 + 运算符进行相加操作
string_value = "Hello"
int_value = 123
try:
    result = string_value + int_value
except TypeError as e:
    print(f"捕获到 TypeError: {e}")
    

3. 异常处理方法

3.1 try-except 捕获异常

try:
    num = int(input("请输入一个整数: "))
    result = 10 / num
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError:
    print("输入不是有效的整数。")
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零。")
    

3.2 else 和 finally 子句

• else：无异常时执行
• finally：无论是否异常，最后执行（常用于清理资源）

try:
    file = open("data.txt","r")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在！")
else:
    print(file.read())
finally:
    file.close() #确保文件关闭
    

4.抛出异常

4.1 使用 raise 主动抛出异常

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数！")
    return age

try:
    validate_age(-5)
except ValueError as e:
    print(e)    #输出：年龄不能为负数！
    

4.2 重新抛出异常

try:
    # process_data()
except ValueError:
    print("处理数据时出错")
    raise #重新抛出异常供上层处理
    

5. 自定义异常

• 通过继承 Exception 类创建自定义异常：

class InvalidEmailError(Exception):
    """邮箱格式无效异常"""
    def __init__(self,email):
        self.email = email
        super().__init__(f"邮箱 {email} 格式无效！")

def send_email(email):
    if "@" not in email:
        raise InvalidEmailError(email)
    #发送邮件逻辑...

try:
    send_email("user.exampe.com")
except InvalidEmailError as e:
    print(e)
    

6. 调试方法

• 调试是指在程序中查找和修复错误的过程

6.1 使用 print 调试

• 插入 print 打印语句，协助观察处处变量的值和程序的执行流程

def add(a,b):
    print(f"输入的参数 a = {a}，b = {b}")
    result = a + b
    print(f"计算结果：{result}")
    return result

add(4,4)

6.2 使用 pdb 调试器

• pdb 是 Python 的标准调试器，可以在程序中设置断点，逐行执行代码，观察变量的值
• 启动调试：在代码中插入 pdb.set_trace()

import pdb
def divide(a,b):
    pdb.set_trace() #断点
    return a / b
divide(10,0)

• 常用命令

n(next):执行下一行
c(continue):继续执行到下一个断点
q(quit):退出调试

6.3 IDE 调试工具

• VS Code:设置断点，逐行调试
• PyCharm：图形化调试界面，支持变量监视

7. 单元测试

7.1 使用 unittest 框架

import unittest

def add(a,b):
    return a + b

class TestMath(unittest.TestCase):
    def test_add(self):
        self.assertEqual(add(2,3),5)
        self.assertRaises(TypeError,add,"2",3)

if __name__ == "__main__":
    unittest.main()
    

7.2 使用 pytest 框架

• pytest 是第三方测试框架，使用 assert 语句来验证函数的返回值
• 安装：pip install pytest
• 示例：

# test_math.py

def test_add():
    assert add(2,3) == 5

def test_add_fail():
    with pytest.raises(TypeError):
        add("2",3)

# 运行测试：终端执行 pytest_math.py

8. 最佳实践

8.1 避免宽泛的 except

• 尽量捕获特定异常，防止隐藏潜在错误

# 不推荐
try:
    risky_operation()
except:  # 捕获所有异常
    pass

# 推荐
try:
    risky_operation()
except (ValueError,IOError) as e:
    handle_erroe(e)
    

8.2 资源清理

• 使用 finally 或上下文管理器确保资源释放

with open("file.txt","r") as f:
    content = f.read()

8.3 日志记录

• 使用 logging 模块记录异常信息

import logging
logging.basicConfig(filename="app.log",level=logging.ERROR)

try:
    process()
except Exception as e:
    logging.error("处理失败：%s",e,exc_info=True)
    

8.4 防御性编程

• 验证输入数据，减少异常触发可能

def safe_divide(a,b):
    if b == 0:
        return 0  # 或抛出特定异常
    return a / b
    

9.常见问题与解决

9.1 异常被静默捕获

• 问题：except 块未处理异常或未记录日志
• 解决：至少打印异常信息或重新抛出

9.2 循环中的异常处理

• 场景：处理批量数据时，需跳过错误项继续执行

data = [1,2,"3",4]
results = []
for item in data:
    try:
        results.append(int(item))
    except ValueError:
        print(f"无法转换：{item}")
        

9.3 调试复杂代码

• 工具：使用 IDE 的调试功能，结合条件断点和变量监视

10 附

• Python 中的所有异常也是一种类，BaseException 是所有异常类的基类
• 使用 except 时，不但捕获该类型的异常信息，也包含其子类下的所有异常信息
• 常见的错误类型和继承关系：

BaseException
 ├── BaseExceptionGroup
 ├── GeneratorExit
 ├── KeyboardInterrupt
 ├── SystemExit
 └── Exception
      ├── ArithmeticError
      │    ├── FloatingPointError
      │    ├── OverflowError
      │    └── ZeroDivisionError
      ├── AssertionError
      ├── AttributeError
      ├── BufferError
      ├── EOFError
      ├── ExceptionGroup [BaseExceptionGroup]
      ├── 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
      │    ├── PythonFinalizationError
      │    └── RecursionError
      ├── StopAsyncIteration
      ├── StopIteration
      ├── SyntaxError
      │    └── IndentationError
      │         └── TabError
      ├── SystemError
      ├── TypeError
      ├── ValueError
      │    └── UnicodeError
      │         ├── UnicodeDecodeError
      │         ├── UnicodeEncodeError
      │         └── UnicodeTranslateError
      └── Warning
           ├── BytesWarning
           ├── DeprecationWarning
           ├── EncodingWarning
           ├── FutureWarning
           ├── ImportWarning
           ├── PendingDeprecationWarning
           ├── ResourceWarning
           ├── RuntimeWarning
           ├── SyntaxWarning
           ├── UnicodeWarning
           └── UserWarning