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异常处理

Nov 13, 2023, 9 min read

异常的概念

**在 Python 中，异常是程序运行时发生的错误，它中断了正常的程序流程。**Python 使用异常对象来表示错误。当程序中发生错误时，Python 会创建一个相应的异常对象。若未处理，程序将终止并显示错误信息。

异常处理是一种编程结构，用于捕获和响应程序中的异常。正确处理异常可以提高程序的健壮性和可靠性，预防中断或崩溃。

异常是一种特殊对象，包含错误的详细信息，如类型和发生时的状态。Python 内置了许多标准异常类型，例如 ValueError、TypeError、IndexError，每种类型对应特定错误。

我们**可以通过异常处理机制捕获异常。**处理异常允许我们决定出错时的响应方式，而非直接让程序崩溃。这对构建健壮和稳定的程序至关重要。

异常层次结构

graph LR
    BaseException --> SystemExit
    BaseException --> KeyboardInterrupt
    BaseException --> GeneratorExit
    BaseException --> Exception
    Exception --> StopIteration
    Exception --> ArithmeticError
    ArithmeticError --> FloatingPointError
    ArithmeticError --> OverflowError
    ArithmeticError --> ZeroDivisionError
    Exception --> AssertionError
    Exception --> AttributeError
    Exception --> EOFError
    Exception --> ImportError
    Exception --> ModuleNotFoundError
    Exception --> LookupError
    LookupError --> IndexError
    LookupError --> KeyError
    Exception --> NameError
    NameError --> UnboundLocalError
    Exception --> OSError
    OSError --> IOError
    Exception --> RuntimeError
    RuntimeError --> NotImplementedError
    RuntimeError --> RecursionError
    Exception --> SyntaxError
    Exception --> SystemError
    Exception --> TypeError
    Exception --> ValueError
    Exception --> UnicodeError

**Python 的异常遵循一定的层次结构。**在这个层次结构的顶端是 BaseException 类，它是所有异常的基类。接着是其他一些内置异常，如 SystemExit、KeyboardInterrupt 等，这些通常用于系统退出和用户中断。

紧随其后的是 Exception 类，它是大多数内置可被应用程序捕获的错误的基类。从 Exception 类派生出更具体的异常类，如 StopIteration、ArithmeticError、LookupError 等，这些类又有自己的子类，分别对应特定的错误情况。

基本异常处理（try, except, else, finally）

Python 中处理异常的关键字有四个：try、except、finally、else。

  • try: 将可能引发异常的代码放在 try 块中。
  • except: 当 try 块中的代码引发异常时，执行 except 块中的代码。可指定要捕获的异常类型。一个 try 块可以跟随多个 except 块，以捕获不同类型的异常。
  • finally: 不论 try 块是否引发异常，都会执行 finally 块。常用于清理操作，如关闭文件。
  • else: 若 try 块中无异常发生，则执行 else 块。else 是可选的。
try:
    # 可能抛出异常的代码
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    # 处理ZeroDivisionError异常的代码
    print("Cannot divide by zero!")
else:
    # try代码块成功执行后的代码
    print("Operation successful.")
finally:
    # 无论是否发生异常都会执行的代码
    print("This is the finally block.")

Python 内置标准异常

异常名描述
BaseException所有异常的基类
SystemExit解释器请求退出
KeyboardInterrupt用户中断执行 (通常是输入^C)
Exception常规错误的基类
StopIteration迭代器没有更多的值
GeneratorExit生成器 (generator) 发生异常来通知退出
SystemError解释器发现内部错误
SyntaxErrorPython 语法错误
IndentationError缩进错误
TabErrorTab 和空格混用
NameError未声明/初始化对象 (没有属性)
UnboundLocalError访问未初始化的本地变量
AttributeError对象没有这个属性
TypeError对类型无效的操作
AssertionError断言语句失败
ImportError导入模块/对象失败
ModuleNotFoundError找不到模块
LookupError无效数据查询的基类
IndexError序列中没有此索引 (index)
KeyError映射中没有这个键
ValueError传入无效的参数
UnicodeErrorUnicode 相关的错误
ArithmeticError数学运算基类
FloatingPointError浮点计算错误
OverflowError数值运算超出最大限制
ZeroDivisionError除 (或取模) 零 (所有数据类型)
EnvironmentError操作系统错误的基类
IOError输入/输出操作失败
OSError操作系统错误
EOFError没有内建输入,到达 EOF 标记
RuntimeError一般的运行时错误
NotImplementedError尚未实现的方法
RecursionError超过最大递归深度

自定义异常的创建和抛出

**自定义异常通过继承 Exception 类来定义。**在自定义类中，可以定义所需的任何方法，但通常自定义异常很简单，只提供基本信息。

要抛出自定义异常，使用 raise 关键字。在 raise 语句后，指定异常类型和可选的错误消息。

class CustomError(Exception):
    """自定义的异常类型"""

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

try:
    raise CustomError("This is a custom error.")
except CustomError as e:
    print("Caught an exception:", e.message)

异常链（raise from）和异常上下文

Python 3 引入异常链允许在处理异常时引发另一个异常，保留原始异常的上下文。使用 raise from 实现。

try:
    int('a')
except ValueError as e:
    raise RuntimeError('转换错误') from e

警告（warnings 模块）的实用场景

警告不中断程序，但提供有关潜在问题的信息。warnings 模块发出警告并处理。使用警告来通知即将废弃的功能，或提醒用户注意非关键问题。

import warnings
 
def my_function():
    warnings.warn("这个功能即将废弃", DeprecationWarning)
 
my_function()

异常处理最佳实践

合适的异常处理策略

  • 确切地知道你在捕获什么：仅捕获能正确处理的异常。
  • 避免捕获太广泛的异常：避免使用空 except: 子句，以免捕获所有异常。
  • 在正确的层级处理异常：在适当的抽象级别处理异常，避免在函数内部处理应由调用者处理的异常。

避免常见错误

  • 过度使用异常处理：不要使用异常处理来控制正常程序流程。
  • 在异常处理中隐藏错误：捕获异常时应记录或报告错误信息。
  • 错误地屏蔽异常：避免在 except 块中引发新异常，覆盖原始异常。

异常处理示例：网络应用程序

在网络应用程序中，需要从远程服务器获取数据。这可能因多种原因失败，如网络问题或服务器错误。使用异常处理优雅地处理这些问题，并提供回退机制或错误信息。

import requests
 
try:
    response = requests.get('https://example.com/data')
    response.raise_for_status()
except requests.exceptions.HTTPError as he:
    print(f'HTTP错误: {he}')
except requests.exceptions.ConnectionError as ce:
    print(f'连接错误: {ce}')
except requests.exceptions.Timeout as te:
    print(f'请求超时: {te}')
else:
    # 处理成功的响应
    process_data(response)

在这个例子中，使用 requests HTTP 库 分别处理了 HTTP 错误、连接错误和超时错误，每种类型的错误都有专门的异常类。这使得错误处理更加具体和有用。

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