Python 中的异常

最后修改于 2023 年 10 月 18 日

在本 Python 教程中，我们将讨论 Python 中的异常。

在执行期间检测到的错误称为异常。在我们的应用程序执行期间，可能会出现许多问题。磁盘可能已满，我们无法保存文件。互联网连接可能中断，我们的应用程序尝试连接到某个站点。所有这些都可能导致我们的应用程序崩溃。为了防止这种情况，我们必须处理可能发生的所有错误。为此，我们可以使用异常处理。

在 Python 中捕获异常

在 Python 中，我们有以下语法来处理异常

try:
   # do something

except ValueError:
   # handle ValueError exception

except (IndexError, ZeroDivisionError):
   # handle multiple exceptions
   # IndexError and ZeroDivisionError

except:
   # handle all other exceptions

finally:
   # cleanup resources

我们期望出现异常的代码写在 try 块中。except 关键字捕获程序中指定的或剩余的异常。可选的 finally 块始终被执行；它用于清理资源，例如打开的文件或数据库连接。

ZeroDivisionError

不能除以零。如果我们尝试这样做，则会引发 ZeroDivisionError 并中断脚本。

注意： 以下示例演示了异常在 Python 中的工作方式。确保除数不为零比捕获 ZeroDivisionError 更直接。

zero_division.py

#!/usr/bin/env python

# zero_division.py


def input_numbers():

    a = float(input("Enter first number:"))
    b = float(input("Enter second number:"))
    return a, b


x, y = input_numbers()
print(f"{x} / {y} is {x/y}")

在此脚本中，我们从控制台获取两个数字。我们将这两个数字相除。如果第二个数字为零，则会得到一个异常。

Enter first number:3
Enter second number:0
Traceback (most recent call last):
    File "C:/Users/Jano/PycharmProjects/Simple/simple.py", line 14, in <module>
    print(f"{x} / {y} is {x/y}")
ZeroDivisionError: float division by zero

我们可以通过两种方式处理这个问题。

zero_division2.py

#!/usr/bin/env python

# zero_division2.py


def input_numbers():

    a = float(input("Enter first number:"))
    b = float(input("Enter second number:"))
    return a, b


x, y = input_numbers()

while True:

    if y != 0:

        print(f"{x} / {y} is {x/y}")
        break

    else:

        print("Cannot divide by zero")
        x, y = input_numbers()

首先，我们简单地检查 y 值是否不为零。如果 y 值为零，则打印警告消息并再次重复输入周期。通过这种方式，我们处理了错误，并且脚本没有中断。

$ ./zero_division2.py
Enter first number:4
Enter second number:0
Cannot divide by zero
Enter first number:5
Enter second number:0
Cannot divide by zero
Enter first number:5
Enter second number:6
5.0 / 6.0 is 0.8333333333333334

另一种方法是使用异常。

zero_division3.py

#!/usr/bin/env python

# zerodivision3.py


def input_numbers():

    a = float(input("Enter first number:"))
    b = float(input("Enter second number:"))
    return a, b


x, y = input_numbers()


try:
    print(f"{x} / {y} is {x/y}")

except ZeroDivisionError:

    print("Cannot divide by zero")
    x, y = input_numbers()

我们将期望异常的代码放在 try 关键字之后。如果引发了异常，则 except 关键字会捕获该异常。异常类型在 except 关键字之后指定。

except ValueError:
    pass
except (IOError, OSError):
    pass

要处理更多异常，我们可以使用更多 except 关键字，或者将异常名称放在一个元组中。

ValueError

当内置操作或函数接收到的参数类型正确但值不合适，并且情况未由更精确的异常描述时，将引发 ValueError。

value_error.py

#!/usr/bin/env python

# value_error.py


def read_age():

    age = int(input("Enter your age: "))

    if age < 0 or age > 130:
        raise ValueError("Invalid age")

    return age


try:
    val = read_age()
    print(f"Your age is {val}")

except ValueError as e:
    print(e)

在示例中，我们有一个从用户那里读取年龄作为输入的函数。当用户提供不正确的值时，我们会引发 ValueError 异常。

if age < 0 or age > 130:
    raise ValueError("Invalid age")

return age

负年龄没有意义，而且在现代没有记录超过 130 岁的人。

Python 多重异常

可以在一个 except 子句中捕获多个异常。

multiple_exceptions.py

#!/usr/bin/env python

# multiple_exceptions.py

import os

try:

    os.mkdir('newdir')
    print('directory created')

    raise RuntimeError("Runtime error occurred")

except (FileExistsError, RuntimeError) as e:
    print(e)

代码示例在一个 except 语句中捕获了两个异常：FileExistsError 和 RuntimeError。

os.mkdir('newdir')

使用 os.mkdir 方法创建一个新目录。如果该目录已经存在，则会触发 FileExistsError。

raise RuntimeError("Runtime error occurred")

我们使用 raise 关键字手动引发运行时异常。

Python 异常参数

异常可以有一个关联的值，该值指示错误的详细原因。该值放在 as 关键字之后。

exception_as.py

#!/usr/bin/env python

# exception_argument.py

try:
    a = (1, 2, 3, 4)
    print(a[5])

except IndexError as e:

    print(e)
    print("Class:", e.__class__)

从异常对象中，我们可以获取错误消息或类名。

$ ./exception_as.py
tuple index out of range
Class: <class 'IndexError'>

Python 异常的层次结构

异常按层次结构组织，Exception 是所有异常的父类。

interrupt.py

#!/usr/bin/env python

# interrupt.py

try:
    while True:
       pass

except KeyboardInterrupt:

    print("Program interrupted")

脚本开始一个无休止的循环。如果我们按下 Ctrl+C，我们会中断循环。在这里，我们捕获了 KeyboardInterrupt 异常。

Exception
  BaseException
    KeyboardInterrupt

interrupt2.py

#!/usr/bin/env python

# interrupt2.py

try:
    while True:
        pass

except BaseException:

    print("Program interrupted")

此示例也有效。BaseException 也会捕获键盘中断；以及其他异常。但是，这不是一个好的做法。我们应该在 except 子句中捕获特定的异常。

Python 用户定义的异常

如果需要，我们可以创建自己的异常。我们通过定义一个新的异常类来做到这一点。

user_defined.py

#!/usr/bin/env python

# user_defined.py


class BFoundEx(Exception):

    def __init__(self, value):
        self.par = value

    def __str__(self):
        return f"BFoundEx: b character found at position {self.par}"


string = "There are beautiful trees in the forest."

pos = 0

for i in string:

    try:

        if i == 'b':
            raise BFoundEx(pos)
        pos = pos + 1

    except BFoundEx as e:
        print(e)

在我们的代码示例中，我们创建了一个新异常。该异常派生自基本 Exception 类。如果我们在字符串中找到字母 b 的任何出现，我们会 raise 我们的异常。

$ ./user_defined.py
'BFoundEx: b character found at position 10'

清理

有一个 finally 关键字，它始终被执行。无论是否引发异常。它通常用于清理程序中的某些资源。

cleanup.py

#!/usr/bin/env python

# cleanup.py

f = None

try:

    f = open('data.txt', 'r')
    contents = f.readlines()

    for line in contents:
        print(line.rstrip())

except IOError:

    print('Error opening file')

finally:

    if f:
        f.close()

在我们的示例中，我们尝试打开一个文件。如果我们无法打开该文件，则会引发 IOError。如果打开了文件，我们希望关闭文件句柄。为此，我们使用 finally 关键字。在 finally 块中，我们检查文件是否已打开。如果已打开，我们将其关闭。这是我们使用数据库时常见的编程结构。在那里，我们以类似的方式清理打开的数据库连接。

堆栈跟踪

堆栈跟踪显示在未捕获的异常被抛出时调用堆栈（调用到该点的函数堆栈）。Python traceback 模块提供了一个标准接口，用于提取、格式化和打印 Python 程序的堆栈跟踪。它完全模仿了 Python 解释器在打印堆栈跟踪时的行为。

stacktrace_ex.py

#!/usr/bin/env python

# stacktrace_ex.py

import traceback


def myfun():

    def myfun2():

        try:
            3 / 0

        except ZeroDivisionError as e:

            print(e)
            print("Class:", e.__class__)

            for line in traceback.format_stack():
                print(line.strip())

    myfun2()


def test():
    myfun()


test()

在示例中，我们在嵌套的 myfun2 函数中有一个除以零的异常。

for line in traceback.format_stack():

format_stack 从当前的堆栈帧中提取原始的回溯信息，并将其格式化为元组列表。我们使用 for 循环遍历元组列表。

$ ./stacktrace_ex.py
division by zero
Class: <class 'ZeroDivisionError'>
File "C:/Users/Jano/PycharmProjects/Simple/simple.py", line 30, in <module>
    test()
File "C:/Users/Jano/PycharmProjects/Simple/simple.py", line 27, in test
    myfun()
File "C:/Users/Jano/PycharmProjects/Simple/simple.py", line 23, in myfun
    myfun2()
File "C:/Users/Jano/PycharmProjects/Simple/simple.py", line 20, in myfun2
    for line in traceback.format_stack():

在程序中，我们可以看到调用堆栈 - 导致错误的已调用函数的顺序。

在本章中，我们已经介绍了 Python 中的异常。

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