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[Python知识库]【细无巨细，包你学会】自学Python运行时会遇到的异常与解决方法

我们的计算机程序在运行时，有时也会由于各种不可控的原因出现错误。例如：找不到需要的文件、网络错误、用户输入不对等等。这时，计算机程序就会出现无法继续运行的情况，甚至会直接退出。比如：我们常见的手机APP闪退，网站出现500错误，或者Windows里的如下错误：
在这里插入图片描述
相信大家遇到这样的情况，都很恼火吧？对于用Python编写的程序。当 Python 检测到一个错误时，解释器无法继续执行，反而出现了一些错误的提示，这就是所谓的"Python异常"。因此，为了让我们的程序可以稳定地长久运行，你需要知道如何正确处理异常。

一、Python异常简介
- 1.Python程序中的异常
- 2.常见的异常及继承结构
二、异常的处理
三、异常的传递
- 1.try 嵌套传递
- 2.函数调用传递
四、自定义异常
- 1.使用 raise 抛出自定义异常
五、异常的应用与总结
- 1.异常的应用
- 2.异常处理原则

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一、Python异常简介

1.Python程序中的异常

前面说了那么多，那Python异常到底是怎样的呢？别急，我们先来看看Python程序中的异常是怎么呈现的。

在这里插入图片描述

如上图所示，当我们想要运行python程序文件 test.py 时，在终端键入python test.py并按下回车之后，屏幕上在“-----test--1---”之后，会出现的一串信息：

Traceback (most recent call last):

  File "C:/workspace/boxuegu/exception/test.py", line 2, in <module>

    open('123.txt','r')

FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '123.txt'

这个就是Python异常信息。图片中这段异常，意思是说：文件test.py在第二行出现了错误，这是一个编号为2的“输入输出型”的错误，名叫“123.txt”的文件不存在。

为什么会出现这样的异常呢？我们来看一下这叫做test.py的python程序文件的源代码长啥样：

print('-----test--1---')

open('123.txt','r')

print('-----test--2---')

对应着运行结果，我们看到，原本程序在open()打开文件操作之后，还要打印”-----test--2---“，但结果却没有执行打印”-----test--2---“这个动作。

这是因为，我们在使用open()函数尝试打开一个不存在的文件“123.txt”，当找不到“123.txt” 文件时，程序就会抛出给我们一个FileNotFoundError 类型的错误，No such file or directory：123.txt”（没有 123.txt 这样的文件或目录）。

当 Python 检测到一个错误，并且无法处理时，就会出现一些错误的提示，这就是所谓的"异常"。如果一直没有对异常进行处理，那么程序就会强制退出执行。

2.常见的异常及继承结构

在 Python 中，异常会通过一个对象(object)来表示，对象中存储着关于异常的信息。我们在编程时，经常遇见的一些异常有：

在这里插入图片描述

除上述常见异常，在Python 3中，还内置了其他种类的异常，在这里我们列举部分例子

在这里插入图片描述

完整的Python 3内置异常，你可以在Python官网查询到：https://docs.python.org/3/tutorial/errors.html

在Python中，所有的异常和错误，都继承自 BaseException 这个基类。但在实际开发中，我们还会更多地与Exception这个父类打交道。Exception 继承自BaseException，实现了我们处理异常中需要的常见方法。Python内置的异常，也大多继承自Exception，并以自身的异常描述，作为名字，命名规则往往为AbcException或XyzError这样。

在这里插入图片描述

二、异常的处理

1.捕获异常

首先，作为计算机，它需要我们告知它，哪里可能会有异常，以及会有什么样的异常，即异常的捕获。

在 Python 中，与其它语言类似，我们会使用 try…except…捕获异常。

在这里插入图片描述
先看如下代码示例:

try:

    print('-----test--1---')

    open('123.txt','r')

    print('-----test--2---')

except IOError:

    pass

能看的出，第二段“-----test--2---”同样没有打印出来，程序却正常退出了。这是因为，这里我们用 try 和 except 捕获到了 IOError 异常，并添加了处理的方法。因此，print(’-----test–2—’)语句并没有被执行。

我们通过try 关键字，包含逻辑代码，表示在这里可能会出现异常，需要处理。程序执行到某条语句时如果发生了异常，则不会继续执行，而是立刻寻找跟随try的except语句，并进入except包含的代码中执行。这就是异常的捕获。

而except 关键字里的 pass 表示虽然捕获了异常，但什么也不做；如果把 pass 改为 print 语句，那么就会输出其他信息。也就是说，这里也可以执行其他我们想要的逻辑，比如断开连接、关闭文件、释放资源、记录日志等常见的异常处理逻辑。这就是 Python 的异常捕获处理。

总结一下，try…catch…的使用方法如下：

把可能出现问题的代码，放在 try 中
把处理异常的代码，放在 except 中，异常发生时，系统会中断后续的代码执行，而进入except内的代码。

2.except 捕获多个异常

首先，我们知道，根据传递给except的异常类型，我们可以指定捕获处理特定的某一种异常，如下

try:
    print(num)

except IOError:

    print('产生错误了')

上面的程序，我们已经使用 except 来捕获异常了，但为什么还会看到错误的信息提示呢？

结果如下：

在这里插入图片描述

答案在于：except 捕获的错误类型是 IOError，而此时程序产生的异常为 NameError，所以 except 并没有生效。

于是我们将代码稍作修改，如下：

try:
   print(num)

except NameError:

    print('产生错误了')

再次运行后的结果为：

在这里插入图片描述
可以看到，将 IOError 更改为 NameError后，就可以顺利进入到 except 语句里面捕获到异常了。由此，我们知道，在 except后需要对应正确类型的异常，才会进入到相应的错误处理代码中。

除了捕获单个异常，我们还可以捕获多个异常，在实际开发中，这种情况很常见。Python 对此也提供了很好的支持，看下面的例子：

#coding=utf-8
try:

    print('-----test--1---')

    open('123.txt','r') # 如果 123.txt 文件不存在，那么会产生 IOError 异常

    print('-----test--2---')

    print(num)# 如果 num 变量没有定义，那么会产生 NameError 异常

 

except (IOError,NameError):


    #如果想通过一次 except 捕获到多个异常可以用一个元组的方式

可以看到，当捕获多个异常时，是可以把要捕获的异常的类型名字，放到 except 后，并使用元组的方式进行传递的。这样无论是 IOError，还是 NameError，都会进入到 except 的代码块中。

3.获取异常的信息描述

除了中断程序，还能怎么处理？最常见的是：打印或者用日志记录下异常的信息，以便让我们通过输出结果，后续查看异常的内容。
前面我们已经提到，Python中的异常，是通过类来定义的，因此，我们需要获取到异常的类实例，才能访问异常的信息。请记住：通过 as 关键字，我们就可以在 except 的语句内使用异常对象实例，如下：

try:
   print(a)

except NameError as result:

    print(result)

在上面的例子中，result 是 NameError 的实例化对象，我们可以直接在 except 代码块内，将它打印出来，则程序会输出错误的描述。这跟我们自己编写代码遇到错误时系统的错误输出内容是一样的。

对于多个异常，也可以使用类似的方法：

try:
  open('a.txt')

except (NameError, IOError) as result:

    print("哎呀，捕获到了异常")

    print("异常的基本信息是： ", result)

运行结果如下:

在这里插入图片描述

这样，我们就可以将错误信息，记录到日志或者邮件通知等其他输出源，让我们更好地维护系统。
在这里插入图片描述

4.分别处理不同异常

对不同类型的异常，怎么进行不同逻辑处理呢？很简单，except 的用法和逻辑判断关键字 if 的用法很类似，我们可以用多个 except 处理多种不同的异常，根据传递的异常类型，进入不同的后续代码逻辑，如下：

try:
 print(num)

except NameError:

    print('产生了命名错误')

except IOError:

    print('产生了文件 IO 错误')

except:

    print('出现了其他异常')

在上面的代码中，当 try 包含的程序出现了 NameError 时，会进入到第一个 except 中，输出“产生了命名错误”，而当 try 中的程序出现了 IOError 时，则会进入到第二个 except 中，输出“产生了文件 IO 错误”。而如果出现了非上述两种异常的其他异常时，则会进入到最后一个 except 中。

请注意：它后面是没有指定任何异常类型的。因此，我们可以用except做到用不同的方式，处理不同类型的异常错误。这是不是和 if 语句的多个条件很像呢？

5.使用 else 处理非异常情况

类似if…else…的用法，我们也可以使用 else，和 except 进行搭配！当没有发生异常时，进入 else 后面的代码继续运行。

try:
 num = 100

    print(num)

except NameError as result:

    print("捕获到了异常, 信息是： ", result)

else:

    print("程序正常运行，没有异常。")

请注意：else指的是没有异常时，进入的逻辑，而并非没有捕捉到异常时，代码进入的逻辑。

因此，如果上面的代码里，程序发生了NameError之外的其他类型的异常，而没有被捕捉到，except语句和else语句都不会被执行，而程序会因为异常而退出。

注意：Python与其他语言不一样，它认为使用try…except…else可以更清晰地描述逻辑控制流程，而其他语言例如Java，则没有else这种控制流关键字。

6.try… finally…

作为程序，比如文件关闭，释放锁，把数据库连接返还给连接池等。try…finally…语句就是用来处理这样的情况的。在程序中，如果一段代码必须要执行，即无论异常是否产生都要执行，那么此时就需要使用 finally，将这段代码包裹起来。

我们看下面的例子：

import time

try:

    f = open('test.txt')

    try:

        while True:

            content = f.readline()

            if len(content) == 0:

                break

            time.sleep(2)

            print(content)

    except:

        #如果在读取文件的过程中，产生了异常，那么就会捕获到

        #比如 按下了 ctrl+c

        pass

    finally:

        f.close()

        print('关闭文件')

except:

    print("没有这个文件")

test.txt 文件中每一行数据打印，我们故意在每打印一行之前用 time.sleep 方法暂停 2 秒钟。这样做的原因是让程序运行得慢一些。在程序运行的时候，按 Ctrl+c 中断（取消）程序。

这样，我们就可以观察到 KeyboardInterrupt 异常被触发，程序退出。但是在程序退出之前，finally 从句仍然被执行，把文件关闭。这样就确保了无论程序是否正确运行，都不会阻塞如文件、网络、内存等一些公共资源，提高了系统的稳定性和代码逻辑的严密性。

7.小结

我们知道，异常捕获和处理主要由 try/except/else/finally 几部分构成，请你一定要牢牢记住下面的代码示例：

try:
     # 正常的代码逻辑

except A:

     # Exception A 的处理逻辑

except B:

     # Exception B 的处理逻辑

except:

     # 其他异常的处理逻辑

else:

     # 如果没发生异常，执行这里

finally:

     # 无论是否发生异常，最后执行这里

#

Python的异常处理看似复杂，实际上只要记住上面的总结规律即可。

问题：以下哪个组合是错误的搭配？

A. try… except…

错误答案：try…except…是最基本的异常捕获及处理方式

B. try… else…

正确答案: else必须跟在一个except之后，因此这是错误的用法

C. try … except…finally…

错误答案：在try…except…基础上加上finally，可以确保无论是否发生异常都执行finally里面的代码

D. try… finally…

错误答案：不使用except表示不处理异常，但finally内的代码仍会被执行，而异常会向上抛出

在这里插入图片描述

三、异常的传递

在第二关，我们学习了使用try来捕获异常，并学习了使用except等方式，对异常进行处理。而有时候，我们的代码可能被封装在某个函数体中，这个函数又被其他的函数所调用，以此类推，会产生多层函数调用栈。这时，就可能会出现内部的函数没有足够的信息去正确处理异常。

这就涉及到一个问题——异常的传递，异常需要从初始发生的地方，告知它的调用者，从而做出正确的异常处理。你可能觉得会很复杂，实际上，Python的异常传递非常简单直观。

1.try 嵌套传递

在Python中，如果我们不使用 except 去处理异常，那么异常就会向“外层”传递。
第一种传递过程是向 try 语句外层传递，如果外层有另外一个 try 语句嵌套，则外层的 try 会捕获到这个异常。看下面的例子：

import time

try:

    f = open('test.txt')

    try:

        print(num)

    finally:

        f.close()

        print('关闭文件')

except:

    print("发生了错误")

当这段代码文件同一目录下没有’test.txt'这个文件时，我们运行会得到如下结果：

在这里插入图片描述
当’test.txt'存在时，运行上述代码，我们会看到下面的结果：

在这里插入图片描述
可以看到，第二个 try 语句打印不存在的变量，会产生 NameError，在执行完 finally 语句内的关闭文件后，异常被外层嵌套的 try 语句对应的 except 捕获到。

总结一下：对于 try 包含的代码，如果没有用 except 去捕获异常，则异常会向外层传递，直到遇到下一层的 try 和 except。

2.函数调用传递

使用多个try嵌套异常，是我们比较少会书写的代码。而在实际的项目中，我们更常见到的情况是：在函数的多级调用中，被调用的函数出现了异常。
与前面的例子类似，如果在函数中没有使用 except 捕获异常，它会向函数的调用方逐层传递，直到遇到 try 和对应的 except 将其捕获。参考下面的例子：

def test1():

    print("----test1-1----")

    print(num)

    print("----test1-2----")
def test2():

    print("----test2-1----")

    test1()

    print("----test2-2----")

def test3():

    try:

        print("----test3-1----")

        test1()

        print("----test3-2----")

    except Exception as result:

        print("捕获到了异常，信息是:%s" % result)

 

    print("----test3-2----")

test3()

print("------华丽的分割线-----")

test2()

print("这里永远也不会被执行")

运行后结果如下：

在这里插入图片描述
可以看到，第一次调用 test3()，test1()中产生的异常，由 test3()中的 try…except…捕获到，并打印出错误的信息。系统继续执行，第二次 test2()中没有做异常处理，则 test1()的异常向上传递，直至没有代码对它进行处理，程序最后运行中断。这就是函数调用传递，需要你理解记忆。
在这里插入图片描述

四、自定义异常

1.使用 raise 抛出自定义异常

我们已经学习了如何捕获且处理异常，同时，我们也可以针对自己写的代码逻辑，主动向外层调用者传递异常，也叫做”抛出异常“，以告诉别人程序产生了错误。
我们已经知道，所有的异常，都是 Python 内置的 Exception 类的子类，因此我们可以定义一个继承自 Exception 的类，作为自定义异常，如下：

class ShortInputException(Exception):

    '''自定义的异常类'''

    def __init__(self, length, atleast):

        #super().__init__()

        # 我们可以向类中添加属性

        self.length = length

        self.atleast = atleast

在 Python 中，我们可以用 raise 语句来抛出一个异常，继续完成我们的例子:

class ShortInputException(Exception):

    '''自定义的异常类'''

    def __init__(self, length, atleast):

        #super().__init__()

        # 我们可以向类中添加属性

        self.length = length

        self.atleast = atleast
def main():

    try:

        s = input('请输入 --> ')

        if len(s) < 3:

            # raise 引发一个你定义的异常

            raise ShortInputException(len(s), 3)

    except ShortInputException as result:#x 这个变量被绑定到了错误的实例

        print('ShortInputException: 输入的长度是 %d,长度至少应是 %d'% (result.length, result.atleast))

    else:

        print('没有异常发生.')
main()

运行结果如下:

在这里插入图片描述
在上述代码中，首先，我们自定义了一个异常类 ShortInputException，它继承了 Exception 父类；然后，当我们在代码中使用 raise ShortInputException 抛出异常，在随后的 except 中，我们指定接收异常的类型为 ShortInputException，就可捕获到它；最后，我们通过 as 操作符，将异常对象赋值给 result 变量。这样我们可以在 except 的主体内，访问到它的 length 和 atleast 属性。

请注意：以上程序中，关于代码#super().init()的说明：
这一行代码，可以调用也可以不调用。但建议你调用，因为__init__方法一般是用来对创建完的对象进行初始化工作，如果在子类中重写了父类__init__方法，这就意味着父类中的很多初始化工作没有做，这样就不保证程序的稳定了。所以你在以后的开发中，如果重写了父类的__init__方法，最好是先调用父类的这个方法，然后再添加自己的功能。

在这里插入图片描述