异常处理


1. 什么是异常

python运行时产生的错误称作异常。主要包括:

  • 语法错误:软件的结构上有错误而导致不能被解释器解释或不能被编译器编译
  • 逻辑错误:不完整或不合法的输入所致,也可能是逻辑无法生成、计算或者输出结果需要的过程无法执行等
In [1]: f1 = open('/tmp/a.txt')
---------------------------------------------------------------------------
IOError                                   Traceback (most recent call last)
<ipython-input-1-16a084dd29a2> in <module>()
----> 1 f1 = open('/tmp/a.txt')

IOError: [Errno 2] No such file or directory: '/tmp/a.txt'

python异常是一个对象,表示错误或意外情况。
在python检测到一个错误时,将触发异常:

  • python可以通过异常传导机制传递一个异常对象,发出一个异常情况出现的信号
  • 程序员可以在代码中手动触发异常

python异常可以理解为:程序出现了错误而在正常控制流以外采取的行为

  • 第一阶段:解释器触发异常,此时当前程序流将被打断
  • 第二阶段:异常处理,如忽略非致命性错误、减轻错误带来的影响等

2. 异常的功用

异常的功用主要包括:

  • 错误处理:
    • python的默认处理:停止程序,打印错误消息
    • 使用try语句处理异常并从异常中恢复
  • 事件通知:
    • 用于发出有效状态信号
  • 特殊情况处理:
    • 无法调整代码去处理的场景
  • 终止行为:
    • try/finally语句可确保执行必需的结束处理机制
  • 非常规控制流程:
    • 异常是一种高级跳转(goto)机制

3. 异常的检测与处理

异常通过try语句来检测,任何在try语句块里的代码都会被监测,以检查有无异常发生。

try语句主要有两种形式:

  • try-except:检测和处理异常
    • 可以有多个except
    • 支持使用else子句处理没有探测到异常的时候执行的代码
  • try-finally:仅检查异常并做一些必要的清理工作
    • 仅能有一个finally
  • try语句的复合形式:
    • try-except-finally

try语句的分句形式:

分区形式 说明
except: 捕捉所有(其他)异常类型
except name: 只捕捉特定的异常
except name, value: 捕捉所列的异常和其额外的数据(或实例)
except (name1,name2): 捕捉任何列出的异常
except (name1,name2), value: 捕捉任何列出的异常,并取得其额外数据
else: 如果没有引发异常就运行else语句
finally: 不论是否有异常此语句都会运行
try-except语句: 定义了进行异常监控的一段代码,并且提供了处理异常的机制

语法如下:

try:
    try_suite
except Exception[, reason]:
    except_suite

示例:

In [2]: try:
   ...:     f1 = open('/tmp/a.txt','r')
   ...: except IOError, e:
   ...:     print 'Cound not open file: ', e
   ...: 
Cound not open file:  [Errno 2] No such file or directory: '/tmp/a.txt'

try-except-else语句:try语句可以带多个except子句,还可以有一个可选的else子句
语法如下:

try:
    try_suite
except Exception1[, reason]:
    suite_exception1
except (Exception2,Exception3,...)[, reason]:    #一次捕获多个异常时要定义为元组
    suite
except:    #空except语句用于捕获一切异常
    suite
else:
    else_suite

except分句个数没有限制,但else只能有一个。

  • 没有异常发生时,else分句才会执行。
  • 没有符合的except分句时,异常会向上传递到程序中的之前进入的try中或者到进程的顶层(解释器)。

try-finally语句:无论异常是否发生,finally子句都会执行。

  • 常用于定义必需进行的清理动作,如关闭文件或断开服务器连接等。
  • finally中的所有代码执行完毕后会继续向上一层引发异常。
    语法如下: python try:
    try_suite
    finally:
    finally_suite

示例:

In [6]: try:
   ...:     f = open('/tmp/a.txt','r')
   ...:     f.write('hello world')
   ...: finally:
   ...:     f.close()
   ...: 
---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-6-d6c168df377f> in <module>()
      3     f.write('hello world')
      4 finally:
----> 5     f.close()
      6

NameError: name 'f' is not defined    #关闭文件后继续向上触发异常

try-except-else-finally语句:
语法如下:

try:
    try_suite
except Exception1:
    suite1_exception1
except (Exception2,Exception3):
    suite23_exception23
    ...
else:
    else_suite
finally:
    finally_suite

可以替换为在try-finally语句中嵌套try-except语句的形式。

4. 自定义异常

raise语句可显式触发异常,语法如下:

raise [SomeException [, args [, traceback]]]

SomeException:可选,异常的名字,仅能使用字符串、类或实例
args:可选,以元组的形式传递给异常的参数
traceback:可选,异常触发时新生成的一个用于异常-正常化的跟踪记录,多用于重新引发异常时
示例:

In [7]: def CrossProduct(seq1,seq2):
   ...:     if not seq1 or not seq2:
   ...:         raise ValueError, "Sequence argments must be non-empty"
   ...:     return [(x1,x2) for x1 in seq1 for x2 in seq2]
   ...:

In [8]: seq1 = [1,2,3]

In [9]: seq2 = ['a','b','c']

In [10]: CrossProduct(seq1,seq2)
Out[10]:
[(1, 'a'),
 (1, 'b'),
 (1, 'c'),
 (2, 'a'),
 (2, 'b'),
 (2, 'c'),
 (3, 'a'),
 (3, 'b'),
 (3, 'c')]

In [11]: list1 = []

In [12]: list2 = []

In [13]: CrossProduct(list1,list2)
---------------------------------------------------------------------------
ValueError                                Traceback (most recent call last)
<ipython-input-13-d19ef5e2307a> in <module>()
----> 1 CrossProduct(list1,list2)

<ipython-input-7-ad40c0770f6d> in CrossProduct(seq1, seq2)
      1 def CrossProduct(seq1,seq2):
      2     if not seq1 or not seq2:
----> 3         raise ValueError, "Sequence argments must be non-empty"
      4     return [(x1,x2) for x1 in seq1 for x2 in seq2]

ValueError: Sequence argments must be non-empty

raise语句的用法:

raise语法 描述
raise exclass 触发一个异常,从exclass生成一个实例(不含任何异常参数)
raise exclass() 同上,但现在不是类:通过函数调用操作符(function calloperator:"()")作用于类名生成一个新的exclass实例,同样也没有异常参数
raise exclass, args 同上,但同时提供的异常参数args,可以是一个参数也可以是一个元组
raise exclass(args) 同上
raise exlcass, args, tb 同上,但提供一个跟踪记录(traceback)对象tb供使用
raise exclass, instance 通过实例触发异常(通常是exclass的实例):如果实例是exclass的子类实例,那么这个新异常的类型会是子类的类型(而不是exclass);如果实例即不是exclass的实例也不是exclass子类的实例,那么会复制此实例为异常参数去生成一个新的exclass实例
raise instance 通常实例触发异常:异常类型是实例的类型:等价于raise instance.__class__, instance(同上)
raise string (过时的)触发字符串异常
raise string, args 同上,但触发伴随着args
raise string, args, tb 同上,但提供了一个跟踪记录(traceback)对象tb供使用
raise (1.5新增)重新触发前一个异常,如果之前没有异常,触发TypeError

对于python而言,异常是作为类存在的,而类实例化以后就是一个对象。这个对象本身并不是对所有异常都一样,它是在解释器捕获到异常以后根据异常本身所属的类别,去临时生成的一 个异常对象,然后将这个异常所发生的信息给输出到标准输出中并中止程序运行。

异常对象:

  • python异常是内置的经典类Exception的子类的实例:
    • 为了向后兼容,python还允许使用字符串或任何经典类实例
    • python2.5之后,Exception是从BaseException继承的新式类
  • python自身引发的所有异常都是Exception的子类的实例。
  • 大多的标准异常都是由StandardError派生的,其有3个抽象的子类:
    • ArithmeticError:
      • 由于算术错误而引发的异常基类
      • OverflowError,ZeroDivisionError,FloatingPointError
    • LookupError:
      • 容器在接收到一个无效键或索引时引发的异常的基类
      • IndexError,KeyError
    • EnvironmentError:
      • 由于外部原因而导致的异常的基类
      • IOError,OSError,WindowsError

python中的标准异常类:

  • AssertionError:断言语句失败
  • AttributeError:属性引用或赋值失效
  • FloatingPointError:浮点型运算失败
  • IOError:I/O操作失败
  • ImportError:import语句不能找到要导入的模块,或者不能找到该模块特别请求的名称
  • IndentationError:解析器遇到了一个由于错误的缩进而引发的语法错误
  • IndexError:用来索引序列的整数超出了范围
  • KeyError:用来索引映射的键不在映射中
  • KeyboardInterrupt:用户按了中断键(Ctrl+c,Ctrl+Break或Delete键)
  • MemoryError:运算耗尽内存
  • NameError:引用了一个不存在的变量名
  • NotImplementedError:由抽象基类引发的异常,用于指示一个具体的子类必须覆盖一个方法
  • OSError:由模块os中的函数引发的异常,用来指示平台相关的错误
  • OverflowError:整数运算的结果太大导致溢出
  • SyntaxError:语法错误
  • SystemError:python本身或某些扩展模块中的内部错误
  • TypeError:对某对象执行了不支持的操作
  • UnboundLocalError:引用未绑定值的本地变量
  • UnicodeError:在Unicode的字符串之间进行转换时发生的错误
  • ValueError:应用于某个对象的操作或函数,这个对象具有正确的类型,但却有不适当的值
  • WindowsError:模块os中的函数引发的异常,用来指示与windows相关的错误
  • ZeroDivisionError:除数为0

python中自定义异常类:
自定义异常和多重继承:
较有效的方法是从自定义异常类和标准异常进行多重继承,例如:

class CustomAttributeError(CustomException, AttributeError):
    pass

标准库中使用的其它异常:
python标准库中的许多模块都定义了自己的异常类,如socket中的socket.error就等同于自定义的异常类
assert语句:assert语句用于在程序中引入调试代码。语法如下:

assert condition[, expression]

如果condition条件满足,则assert不做任何操作;如果condition条件不满足,则assert使用expression作为参数实例化AssertionError并引发结果实例
注意:

  • 如果运行python时使用了”-O“优化选项,则assert将是一个空操作:编译器不为assert语句生成代码
  • 如果运行python时不使用”-O“选项,则__debug__内置变量为True,否则其值为False

assert语句相当于以下代码:

if __debug__:
    if not condition:
    raise AssertionError, <expression>