Python基础知识(六)：异常处理
01_异常的本质_调试核心理念
在实际工作中，我们遇到的情况不可能是非常完美的。比如：你写的某个模块，用户输入不一定符合你的要求;你的程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者文件格式不对;你要读取数据库的数据，数据可能是空的;我们的程序再运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。
软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些问题，我们称之为异常，英文是：Exception，意思是例外。遇到这些例外情况，或者叫异常，我们怎么让写的程序做出合理的处理，而不至于程序崩溃呢?我们本章就要讲解这些问题。
如果我们要拷贝一个文件，在没有异常机制的情况下，我们需要考虑各种异常情况，伪代码如下：
【示例6-1】伪代码使用if 处理程序中可能出现的各种情况
#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
if "d:/a.txt"这个文件存在:if e 盘的空间大于a.txt 文件长度:if 文件复制一半IO 流断掉:停止copy，输出：IO 流出问题！else:copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")else:print("e 盘空间不够存放a.txt！")
else:print("a.txt 不存在！")
这种方式，有两个坏处：
- 逻辑代码和错误处理代码放一起!
- 程序员本身需要考虑的例外情况较复杂，对程序员本身要求较高!
那么，我们如何解决应对异常情况呢? python 的异常机制给我们提供了方便的处理方式。如上情况，如果是用python 的异常机制来处理，示意代码如下(仅限示意，不能运行)：
#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
try:copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")
except:print("文件无法拷贝")
异常机制本质：
异常指程序运行过程中出现的非正常现象，例如用户输入错误、除数为零、需要处理的文件不存在、数组下标越界等。
所谓异常处理，就是指程序在出现问题时依然可以正确的执行剩余的程序，而不会因为异常而终止程序执行。
python 中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。下面较为完整的展示了python 中内建异常类的继承层次：
我们处理一下，遇到的第一个异常：
#测试简单的0 不能做除数异常
a = 3/0
执行上面程序，控制台打印：
Traceback (most recent call last):
File "C:/Users/Administrator/PycharmProjects/mypro_exception/my01.py", line 1, in <module>
a = 3/0
ZeroDivisionError: division by zero
Process finished with exit code 1
python 中一切都是对象，异常也采用对象的方式来处理。处理过程：
- 抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给解释器。
- 捕获异常：解释器得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。
02_try_except基本结构
try…一个except 结构
try…except 是最常见的异常处理结构。结构如下(其中e为产生的异常对象)：
try:被监控的可能引发异常的语句块
except BaseException [as e]:异常处理语句块
try 块包含着可能引发异常的代码，except 块则用来捕捉和处理发生的异常。
执行的时候，如果try 块中没有引发异常，则跳过ecept 块继续执行后续代码；
执行的时候，如果try块中发生了异常，则跳过try 块中的后续代码，跳到相应的except 块中处理异常；异常处理完后，继续执行后续代码。
遇到异常的执行顺序：
我们可以看到，程序执行到引发异常的语句时，直接掉到except 异常处理语句块进行处理；处理完毕后，继续执行下面的程序。
try 语句块没有发生异常，则正常执行完try 块后跳过except 异常处理语句块，继续往下执行。
【示例01】循环输入数字，如果不是数字则处理异常；直到输入88，则结束循环。
while True:try:x = int(input("请输入一个数字："))print("您入的数字是",x)if x==88:print("退出程序")breakexcept:print("异常：输入的不是一个数字")print('继续接下来的程序')
执行结果：
请输入一个数字：66
您入的数字是 66
继续接下来的程序
请输入一个数字：ddd
异常：输入的不是一个数字
继续接下来的程序
请输入一个数字：99
您入的数字是 99
继续接下来的程序
【示例02】循环输入数字，如果不是数字则处理异常；直到输入88，则结束循环。
while True:try:x = int(input("请输入一个数字："))print("您入的数字是", x)if x == 88:print("退出程序")breakexcept BaseException as e:print("异常：输入的不是一个数字")print('抛出的异常对象 e = ' + str(e))print('继续接下来的程序')
执行结果：
请输入一个数字：66
您入的数字是 66
继续接下来的程序
请输入一个数字：ddd
异常：输入的不是一个数字
抛出的异常对象 e = invalid literal for int() with base 10: 'ddd'
继续接下来的程序
请输入一个数字：99
您入的数字是 99
继续接下来的程序
03_try_多个except结构
上面的结构可以捕获所有的异常，工作中也很常见。但是，从经典理论考虑，一般建议尽量捕获可能出现的多个异常（按照先子类后父类的顺序），并且针对性的写出异常处理代码。为了避免遗漏可能出现的异常，可以在最后增加BaseException。结构如下：
try:被监控的、可能引发异常的语句块
except Exception1:处理Exception1 的语句块
except Exception2:处理Exception2 的语句块
...
except BaseException：处理可能遗漏的异常的语句块
【示例】多个except 结构
try:a = input("请输入被除数：")b = input("请输入除数：")c = float(a) / float(b)print(c)
except ZeroDivisionError:print("异常：除数不能为0")
except TypeError:print("异常：除数和被除数都应该为数值类型")
except NameError:print("异常：变量不存在")
except BaseException as e:print(e)print(type(e))
执行结果：
请输入被除数：10
请输入除数：0
异常：除数不能为0
04_try…except…else 结构
try…except…else 结构增加了“else 块”。
如果try 块中没有抛出异常，则执行else 块。
如果try 块中抛出异常，则执行except 块，不执行else 块。
【示例】try…except…else 结构执行测试
while True:try:a = input("请输入被除数：")b = input("请输入除数：")c = float(a) / float(b)except BaseException as e:print('except语句块---->抛出的异常对象 e = ' + str(e))else:print("else语句块---->除的结果是：", c)print('后续语句块')
运行结果：
请输入被除数：3
请输入除数：0
except语句块---->抛出的异常对象 e = float division by zero
后续语句块
请输入被除数：3
请输入除数：6
else语句块---->除的结果是： 0.5
后续语句块
05_try…except…finally 结构
try…except…finally 结构中，finally 块无论是否发生异常都会被执行；通常用来释放try 块中申请的资源。
【示例01】try…except…finally 结构简单测试
while True:try:a = input("请输入一个被除数：")b = input("请输入一个除数：")c = float(a) / float(b)except BaseException as e:print('except语句块---->抛出的异常对象 e = ' + str(e))else:print("else语句块---->除的结果是：", c)finally:print("我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！")print('后续语句块')
运行结果：
请输入一个被除数：3
请输入一个除数：0
except语句块---->抛出的异常对象 e = float division by zero
我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！
后续语句块
请输入一个被除数：3
请输入一个除数：6
else语句块---->除的结果是： 0.5
我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！
后续语句块
【示例02】try…except…finally 打开文件(finally中的代码肯定会执行，所以其中的代码中的文件关闭操作也得用try…except结构包裹)
try:f = open("d:/adddd.txt","r")content = f.readline()print(content)
except:print("文件未找到")
finally:print("run in finally。关闭资源")try:f.close()except BaseException as e:print(e)print("程序执行结束！")
return 语句和异常处理问题
由于return 有两种作用：结束方法运行、返回值。我们一般不要将return 语句放到try、except、else、finally 块中，会发生一些意想不到的错误。建议放到方法最后。
06_常见异常汇总和说明
| 异常名称 | 说明 |
|---|---|
| ArithmeticError | 所有数值计算错误的基类 |
| AssertionError | 断言语句失败 |
| AttributeError | 对象没有这个属性 |
| BaseException | 所有异常的基类 |
| DeprecationWarning | 关于被弃用的特征的警告 |
| EnvironmentError | 操作系统错误的基类 |
| EOFError | 没有内建输入,到达EOF 标记 |
| Exception | 常规错误的基类 |
| FloatingPointError | 浮点计算错误 |
| FutureWarning | 关于构造将来语义会有改变的警告 |
| GeneratorExit | 生成器(generator)发生异常来通知退出 |
| ImportError | 导入模块/对象失败 |
| IndentationError | 缩进错误 |
| IndexError | 序列中没有此索引(index) |
| IOError | 输入/输出操作失败 |
| KeyboardInterrupt | 用户中断执行(通常是输入^C) |
| KeyError | 映射中没有这个键 |
| LookupError | 无效数据查询的基类 |
| MemoryError | 内存溢出错误(对于Python 解释器不是致命的) |
| NameError | 未声明/初始化对象(没有属性) |
| NotImplementedError | 尚未实现的方法 |
| OSError | 操作系统错误 |
| OverflowError | 数值运算超出最大限制 |
| OverflowWarning | 旧的关于自动提升为长整型(long)的警告 |
| PendingDeprecationWarning | 关于特性将会被废弃的警告 |
| ReferenceError | 弱引用(Weak reference)试图访问已经垃圾回收了的对象 |
| RuntimeError | 一般的运行时错误 |
| RuntimeWarning | 可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告 |
| StandardError | 所有的内建标准异常的基类 |
| StopIteration | 迭代器没有更多的值 |
| SyntaxError Python | 语法错误 |
| SyntaxWarning | 可疑的语法的警告 |
| SystemError | 一般的解释器系统错误 |
| SystemExit | 解释器请求退出 |
| TabError Tab | 和空格混用 |
| TypeError | 对类型无效的操作 |
| UnboundLocalError | 访问未初始化的本地变量 |
| UnicodeDecodeError Unicode | 解码时的错误 |
| UnicodeEncodeError Unicode | 编码时错误 |
| UnicodeError Unicode | 相关的错误 |
| UnicodeTranslateError Unicode | 转换时错误 |
| UserWarning | 用户代码生成的警告 |
| ValueError | 传入无效的参数 |
| Warning | 警告的基类 |
| WindowsError | 系统调用失败 |
| ZeroDivisionError | 除(或取模)零(所有数据类型) |
07_with上下文管理
finally 块由于是否发生异常都会执行，通常我们放释放资源的代码。其实，我们可以通过with 上下文管理，更方便的实现释放资源的操作。
with 上下文管理的语法结构如下：
with context_expr [ as var]：语句块
with 上下文管理可以自动管理资源，在with 代码块执行完毕后自动还原进入该代码之前的现场或上下文。不论何种原因跳出with 块，不论是否有异常，总能保证资源正常释放。极大的简化了工作，在文件操作、网络通信相关的场合非常常用。
【示例】with 上下文管理文件操作
with open("d:/bb.txt") as f:for line in f:print(line)
08_trackback模块的使用_异常写入日志文件
使用Traceback 模块打印异常信息
import tracebacktry:print("step1")num = 1 / 0
except:traceback.print_exc()
运行结果：
C:\Program_Files\Anaconda3520\python.exe D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py
Traceback (most recent call last):File "D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py", line 5, in <module>num = 1 / 0
ZeroDivisionError: division by zero
step1Process finished with exit code 0
使用traceback 将异常信息写入日志文件
try:print("step1")num = 1 / 0
except:with open("F:/a.log", "a") as f:traceback.print_exc(file=f)
09_自定义异常类_raise抛出异常
程序开发中，有时候我们也需要自己定义异常类。自定义异常类一般都是运行时异常，通常继承Exception 或其子类即可。命名一般以Error、Exception 为后缀。
自定义异常由raise 语句主动抛出。
【示例】自定义异常类和raise 语句
# 测试自定义异常类
class AgeError(Exception): # 继承Exceptiondef __init__(self, errorInfo):Exception.__init__(self)self.errorInfo = errorInfodef __str__(self):return ('self.errorInfo = ' + str(self.errorInfo)) + "---->年龄错误！应该在1-150 之间"# 测试代码
if __name__ == "__main__": # 如果为True，则模块是作为独立文件运行，可以执行测试代码age = int(input("输入一个年龄:"))if age < 1 or age > 150:raise AgeError(age) # 将age传递给errorInfo形参else:print("正常的年龄：", age)
运行结果：
C:\Program_Files\Anaconda3520\python.exe D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py
输入一个年龄:200
Traceback (most recent call last):File "D:/Workspaces_Python/MyTurtle.py", line 15, in <module>raise AgeError(age) # 将age传递给errorInfo形参
__main__.AgeError: self.errorInfo = 200---->年龄错误！应该在1-150 之间Process finished with exit code 1
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