Python基础之:Python中的异常和错误

简介

和其他的语言一样，Python中也有异常和错误。在 Python 中，所有异常都是BaseException的类的实例。今天我们来详细看一下Python中的异常和对他们的处理方式。

Python中的内置异常类

Python中所有异常类都来自BaseException，它是所有内置异常的基类。

虽然它是所有异常类的基类，但是对于用户自定义的类来说，并不推荐直接继承BaseException,而是继承Exception.

先看下Python中异常类的结构关系：

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
+-- ResourceWarning


其中BaseException，Exception，ArithmeticError，BufferError，LookupError 主要被作为其他异常的基类。

语法错误

在Python中，对于异常和错误通常可以分为两类，第一类是语法错误，又称解析错误。也就是代码还没有开始运行，就发生的错误。

其产生的原因就是编写的代码不符合Python的语言规范：

>>> while True print('Hello world')
File "", line 1
while True print('Hello world')
^
SyntaxError: invalid syntax


上面代码原因是 print 前面少了 冒号。

异常

即使我们的程序符合python的语法规范，但是在执行的时候，仍然可能发送错误，这种在运行时发送的错误，叫做异常。

看一下下面的异常：

>>> 10 * (1/0)
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
ZeroDivisionError: division by zero
>>> 4 + spam*3
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
NameError: name 'spam' is not defined
>>> '2' + 2
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly
异常处理

程序发生了异常之后该怎么处理呢？

我们可以使用try except 语句来捕获特定的异常。

>>> while True:
... try:
... x = int(input("Please enter a number: "))
... break
... except ValueError:
... print("Oops! That was no valid number. Try again...")
...


上面代码的执行流程是，首先执行try中的子语句，如果没有异常发生，那么就会跳过except,并完成try语句的执行。

如果try中的子语句中发生了异常，那么将会跳过try子句中的后面部分，进行except的异常匹配。如果匹配成功的话，就会去执行except中的子语句。

如果发生的异常和 except 子句中指定的异常不匹配，则将其传递到外部的try语句中。

一个try中可以有多个except 子句，我们可以这样写：

try:
raise cls()
except D:
print("D")
except C:
print("C")
except B:
print("B")


一个except也可以带多个异常：

... except (RuntimeError, TypeError, NameError):
... pass


except 子句还可以省略异常名，用来匹配所有的异常：

import sys

try:
f = open('myfile.txt')
s = f.readline()
i = int(s.strip())
except OSError as err:
print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
print("Could not convert data to an integer.")
except:
print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
raise


try…except语句有一个可选的 else 子句，在使用时必须放在所有的 except 子句后面。对于在 try 子句不引发异常时必须执行的代码来说很有用。例如:

for arg in sys.argv[1:]:
try:
f = open(arg, 'r')
except OSError:
print('cannot open', arg)
else:
print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
f.close()


except可以指定异常变量的名字instance，这个变量代表这个异常实例。

我们可以通过instance.args来输出异常的参数。

同时，因为异常实例定义了__str__()，所以可以直接使用print来输出异常的参数。而不需要使用.args。

我们看一个例子：

>>> try:
... raise Exception('spam', 'eggs')
... except Exception as inst:
... print(type(inst)) # the exception instance
... print(inst.args) # arguments stored in .args
... print(inst) # __str__ allows args to be printed directly,
... # but may be overridden in exception subclasses
... x, y = inst.args # unpack args
... print('x =', x)
... print('y =', y)
...
('spam', 'eggs')
('spam', 'eggs')
x = spam
y = eggs


上面的例子中，我们在try字句中抛出了一个异常，并且指定了2个参数。

抛出异常

我们可以使用raise语句来抛出异常。

>>> raise NameError('HiThere')
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
NameError: HiThere


raise的参数是一个异常，这个异常可以是异常实例或者是一个异常类。

注意，这个异常类必须是Exception的子类。

如果传递的是一个异常类，那么将会调用无参构造函数来隐式实例化：

raise ValueError # shorthand for 'raise ValueError()'


如果我们捕获了某些异常，但是又不想去处理，那么可以在except语句中使用raise，重新抛出异常。

>>> try:
... raise NameError('HiThere')
... except NameError:
... print('An exception flew by!')
... raise
...
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
NameError: HiThere
异常链

如果我们通过except捕获一个异常A之后，可以通过raise语句再次抛出一个不同的异常类型B。

那么我们看到的这个异常信息就是B的信息。但是我们并不知道这个异常B是从哪里来的，这时候，我们就可以用到异常链。

异常链就是抛出异常的时候，使用raise from语句：

>>> def func():
... raise IOError
...
>>> try:
... func()
... except IOError as exc:
... raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
...
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
File "", line 2, in func
OSError

The above exception was the direct cause of the following exception:

Traceback (most recent call last):
File "", line 4, in
RuntimeError: Failed to open database


上面的例子中，我们在捕获IOError之后，又抛出了RuntimeError，通过使用异常链，我们很清晰的看出这两个异常之间的关系。

默认情况下，如果异常是从except 或者 finally 中抛出的话，会自动带上异常链信息。

如果你不想带上异常链，那么可以from None。

try:
open('database.sqlite')
except IOError:
raise RuntimeError from None

Traceback (most recent call last):
File "", line 4, in
RuntimeError


自定义异常

用户可以继承 Exception 来实现自定义的异常，我们看一些自定义异常的例子：

class Error(Exception):
"""Base class for exceptions in this module."""
pass

class InputError(Error):
"""Exception raised for errors in the input.

Attributes:
expression -- input expression in which the error occurred
message -- explanation of the error
"""

def __init__(self, expression, message):
self.expression = expression
self.message = message

class TransitionError(Error):
"""Raised when an operation attempts a state transition that's not
allowed.

Attributes:
previous -- state at beginning of transition
next -- attempted new state
message -- explanation of why the specific transition is not allowed
"""

def __init__(self, previous, next, message):
self.previous = previous
self.next = next
self.message = message


finally

try语句可以跟着一个finally语句来实现一些收尾操作。

>>> try:
... raise KeyboardInterrupt
... finally:
... print('Goodbye, world!')
Goodbye, world!
KeyboardInterrupt
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in


finally子句将作为try语句结束前的最后一项任务被执行， 无论try中是否产生异常，finally语句中的代码都会被执行。

如果finally子句中包含一个return语句，则返回值将来自finally子句的某个return语句的返回值，而非来自try子句的return语句的返回值。

>>> def bool_return():
... try:
... return True
... finally:
... return False
>>> bool_return()
False