《Python核心编程》第十章：错误和异常

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本章大纲

第10章介绍了什么是异常，如何生成异常，异常处理，Python对异常的支持，如何创建自定义的异常类、断言。

知识点

10.1 什么是异常

10.1.1 错误

当 Python 检测到一个错误时，解释器会指出当前语句已经无法继续执行下去， 这时候就出现了异常。

• 语法错误：必须在编译前解决。
• 逻辑错误：运行时出现，如：非法的输入、边界值溢出等。

10.1.2 异常

异常是程序出现错误而在正常控制流以外采取的行为。

该行为分为两个阶段：

1. 产生异常：当符合异常的产生条件时，解释器就会触发一个异常。异常可以是Python解释器触发的，也可以是coder手动触发的。
2. 处理异常：异常引发后，指示程序如何执行，是忽略错误继续执行还是终止程序。

异常处理的好处：使得程序具有在运行时管理错误的能力，在错误发生时采取可靠的补救措施。

10.2 Python 中的常见异常

• ZeroDivisionError：除数为零
• NameError：访问没有定义的变量
• SyntaxError：唯一不是在运行时发生的异常，语法错误导致程序编译失败。
• IndexError：请求的索引超出序列范围
• KeyError：请求一个不存在的字典关键字
• IOError：输入/输出错误
• AttributeError：访问未知的对象属性

10.3 检测和处理异常

检测和处理异常有两种主要形式: try-except 和 try-finally。

10.3.1 try-except 语句

try:    try_suite       # watch for exceptions hereexcept Exception[, reason]:    except_suite    # exception-handling code

try-except的处理流程：

1. 异常被引发后，try 语句块中异常发生点后的剩余语句不会被执行；
2. Python 解释器搜索对应的异常处理器，一旦找到就开始执行处理器中的代码；
3. 如果没有找到合适的异常处理器, 那么异常就自底向上移交给调用者去处理（最顶层也无法处理则退出程序）。

10.3.2 带有多个 except 的 try 语句

def safe_float(obj):    try:        retval = float(obj)    except ValueError:        retval = 'could not convert non-number to float'    except TypeError:        retval = 'object type cannot be converted to float'    return retval

10.3.3 同时处理多个异常的 except 语句

def safe_float(obj):    try:        retval = float(obj)    except (ValueError, TypeError):        retval = 'argument must be a number or numeric string'    return retval

10.3.4 异常的层次结构

|- BaseException  |- KeyboardInterrupt  |- SystemExit  |- Exception     |- (all other current built-in exceptions)

10.3.5 异常参数

# multiple exceptionsexcept (Exception1,..., ExceptionN)[, reason]:    suite_for_Exception1_to_ExceptionN_with_Argument

上面的reason是一个包含异常代码诊断信息的类实例，异常参数自身会组成一个元组并存储为reason的属性args。

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获取异常的错误信息：

def safe_float(object):  try:      retval = float(object)  except (ValueError, TypeError), e:      retval = str(e)  return retval

10.3.6 else 子句

else子句执行的条件：try范围中的所有代码没有引发异常。

try:    module.function()except:    print 'error'else:    print 'success'

10.3.7 finally 子句

finally 子句：是无论是否有异常发生，都会执行的一段代码。

10.3.8 try-finally 语句

try:    Afinally:    B

当在 try 范围中产生一个异常时会立即跳转到 finally 语句，当 finally 语句执行完毕后会继续向上一层引发异常。

10.3.9 try-except-else-finally 语句

try:    Aexcept MyException:    Belse:    Cfinally:    D

结果：A-C-D[正常] 或 A-B-D[异常]

10.3.10 try语句后跟子句的总结

• 有else子句则一定要有except子句
• finally子句前可以没有except或else子句

10.4 上下文管理

10.4.1 with 语句

with 语句用来简化try-except-finally语句，仅工作于支持上下文管理协议(context management protocol)的对象。

with open('/etc/passwd', 'r') as f:    for eachLine in f:        # ...do stuff with eachLine or f...

10.4.2 上下文管理协议

上下文管理器必须实现的方法：

• __context__()：提供上下文对象
• __enter__()：完成 with 语句块执行前的准备工作
• __exit__()：当 with 语句块执行结束调用

contextlib 模块的 functions/decorators，可以方便地创建上下文管理器。

10.5 字符串作为异常（过时）

Python 1.5 前，标准的异常是基于字符串实现的，但是从现在起建议使用异常类。

10.6 触发异常

通过 raise 语句，可手动触发异常。

语法：raise [SomeException [, args [, traceback]]]
- SomeException：字符串/异常类/实例
- args：异常的参数是一个元组
- traceback：用于exception—normally的追踪对象

例子：

try:    raise IOError, 'raise test'except IOError, e:    print e

10.7 断言

assert可用于触发异常：如果断言成功不采取任何措施，否则触发AssertionError。

语法：assert expr[, args]

实例：

try:    assert 1 == 0, 'One does not equal zero silly!'except AssertionError, args:    print '%s: %s' % (args.__class__.__name__, args)    # AssertionError: One does not equal zero silly!

断言的原理：

def assert(expr, args=None):    if __debug__ and not expr:        raise AssertionError, args

10.8 标准异常

所有的标准/内建异常、自定义异常都是继承自根异常 BaseException 。
（其他信息见 10.2 Python中的常见异常 和 10.3.4 异常的层次结构）

10.9 使用异常的目的与好处

目的： 为了使程序足够健壮，可以处理理应用级别的错误（不至于灾难性地影响其执行环境），并提供用户级别的错误信息。

好处： 异常不仅简化代码，而且简化整个错误管理体系。

10.10 异常和 sys 模块

通过 sys 模块中 exc_info() 获取异常信息。

import systry:    float('abc123')except:    exc_tuple = sys.exc_info()    print exc_tuple    """ (<type 'exceptions.ValueError'>,    ValueError('could not convert string to float: abc123',),    <traceback object at 0x0000000002AB3848>) """

sys.exc_info() 得到的元组是：

• exc_type：异常类
• exc_value：异常类的实例
• exc_traceback：追踪对象，提供了发生异常的上下文，包含代码的执行帧、异常发生时的行号等信息。

10.11 异常相关的标准库

• exceptions：内建异常
• contextlib：使用 with 语句的上下文对象工具
• sys：包含各种异常相关的对象和函数(见 sys.ex*)

练习

10–1. 引发异常. 以下的哪个因素会在程序执行时引发异常? 注意这里我们问的并不是异常的原因.

a) 用户
b) 解释器
c) 程序
d) 以上所有
e) 只有 b) 和 c)
f) 只有 a) 和 c)

10–2. 引发异常. 参考上边问题的列表, 哪些因素会在运行交互解释器时引发异常?

I/O（文件不存在、读取错误）、系统错误、边界值溢出等。

10–3. 关键字. 用来引发异常的关键字有那些?

raise、try

10–4. 关键字. try-except 和 try-finally 有什么不同?

• try-except：当try代码块运行出错，except代码块才会被执行（匹配到相应异常时），处理完异常后try-except后的代码会继续往下执行；
• try-finally：不管try代码块是否出现异常，最终都会执行finally里的代码。如果出现异常，执行完finally代码块后，异常会继续往上层抛。

10–5. 异常. 下面这些交互解释器下的 Python 代码段分别会引发什么异常(参阅表 10.2 给出的内建异常清单):

(a)  >>> if 3 < 4 then: print '3 IS less than 4!'(b)  >>> aList = ['Hello', 'World!', 'Anyone', 'Home?']     >>> print 'the last string in aList is:', aList[len(aList)](c)  >>> x(d)  >>> x = 4 % 0(e)  >>> import math     >>> i = math.sqrt(-1)

(a) SyntaxError
(b) IndexError
(c) NameError
(d) ZeroDivisionError
(e) ValueError

10–6. 改进的 open(). 为内建的 open() 函数创建一个封装. 使得成功打开文件后, 返回文件句柄; 若打开失败则返回给调用者 None , 而不是生成一个异常. 这样你打开文件时就不需要额外的异常处理语句.

def myopen(path, access='r'):    try:        f = open(path, access)    except (IOError, ValueError):        return None    return fif __name__ == '__main__':    print myopen("test.txt", 'abc')

10–7. 异常. 下面两段 Python 伪代码 a) 和 b) 有什么区别? 考虑语句 A 和 B 的上下文环境.

(a)  try:        statement_A     except . . .:        . . .     else:        statement_B(b)  try:        statement_A        statement_B     except . . .:        . . .

情况1： 如果statement_A执行出错，则(a)和(b)都不会执行statement_B；

情况2： 如果statement_A执行正常，则(a)和(b)都会执行statement_B——但是，如果statement_B的执行也出错，(b)可以在except子句里捕获到异常并做处理，而(a)则只能将statement_B产生的异常抛给上层调用者。

10–8. 改进的 raw_input() . 本章的开头, 我们给出了一个”安全”的 float() 函数, 它建立在内建函数 float() 上, 可以检测并处理 float() 可能会引发的两种不同异常. 同样, raw_input() 函数也可能会生成两种异常, EOFError (文件末尾 EOF, 在 Unix 下是由于按下了 Ctrl+D 在 Dos 下是因为 Ctrl+Z) 或 是 KeyboardInterrupt (取消输入 , 一 般是由于按下了Ctrl+C). 请创建一个封装函数 safe_input() , 在发生异常时返回 None .

def safe_input(msg):    data = None    try:        data = raw_input(msg)    except (EOFError, KeyboardInterrupt):        pass    return dataif __name__ == '__main__':    print safe_input("please input: ")

10–9. 改进的 math.sqrt(). math 模块包含大量用于处理数值相关运算的函数和常量. 不幸的是, 它不能识别复数, 所以我们创建了 cmath 模块来支持复数相关运算. 请创建一个 safe_sqrt() 函数, 它封装 math.sqrt() 并能处理负值, 返回一个对应的复数.

import math, cmathdef safe_sqrt(num):    try:        result = math.sqrt(num)    except ValueError:        result = cmath.sqrt(num)    return resultif __name__ == '__main__':    print safe_sqrt(123)    print safe_sqrt(-123)