Python错误和异常

对于 Python 初学者来说，经常会看到一些报错信息。Python错误被分为两种：语法错误和异常。语法错误又称解析错误，是学习 Python 时最常见的错误；异常是即使语句或表达式使用了正确的语法，执行时仍可能触发错误。

一、语法错误

Python 的语法错误或者称之为解析错，是初学者经常碰到的，例如：

>>> while True print('Hello world')
File "<stdin>", line 1, in ?
while True print('Hello world')
^
SyntaxError: invalid syntax

这个例子中，函数 print() 被检查到有错误，是它前面缺少了一个冒号（:）。语法分析器指出了出错的一行，并且在最先找到的错误的位置标记了一个小小的箭头。错误信息还输出文件名与行号，在使用脚本文件时，就可以知道去哪里查错。

二、异常

即便 Python 程序的语法是正确的，在运行它的时候，也有可能发生错误。运行期检测到的错误被称为异常。

大多数的异常都不会被程序处理，都以错误信息的形式展现在这里:

>>> 10 * (1/0)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
ZeroDivisionError: division by zero
>>> 4 + spam*3
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
NameError: name 'spam' is not defined
>>> '2' + 2
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

异常有不同的类型，而类型名称会作为错误信息的一部分中打印出来：上述示例中的异常类型依次是：ZeroDivisionError， NameError 和 TypeError。作为异常类型打印的字符串是发生的内置异常的名称。

错误信息开头用堆栈回溯形式展示发生异常的语境。一般会列出源代码行的堆栈回溯；但不会显示从标准输入读取的行。

三、异常处理

以下例子中，让用户输入一个合法的整数，但是允许用户中断这个程序（使用 Control-C 或者操作系统提供的方法）。用户中断的信息会引发一个 KeyboardInterrupt 异常。

>>> while True:
... try:
... x = int(input("Please enter a number: "))
... break
... except ValueError:
... print("Oops! That was no valid number. Try again ")
...

try 语句的工作原理如下：

• 首先，执行 try 子句 （try 和 except 关键字之间的（多行）语句）；
• 如果没有触发异常，则跳过 except 子句，try 语句执行完毕；
• 如果在执行 try 子句时发生了异常，则跳过该子句中剩下的部分。 如果异常的类型与 except 关键字后指定的异常相匹配，则会执行 except 子句，然后跳到 try/except 代码块之后继续执行；
• 如果发生的异常与 except 子句 中指定的异常不匹配，则它会被传递到外部的 try 语句中；如果没有找到处理程序，则它是一个 未处理异常 且执行将终止并输出如上所示的消息。

一个 except 子句可以同时处理多个异常，这些异常将被放在一个括号里成为一个元组，例如:

...except (RuntimeError, TypeError, NameError):
... pass

如果发生的异常与 except 子句中的类是同一个类或是它的基类时，则该类与该异常相兼容（反之则不成立 --- 列出派生类的 except 子句 与基类不兼容）。 例如，下面的代码将依次打印 B, C, D:

class B(Exception):
pass
class C(B):
pass
class D(C):
pass
for cls in [B, C, D]:
try:
raise cls()
except D:
print("D")
except C:
print("C")
except B:
print("B")

try except 语句还有一个可选的 else 子句，如果使用这个子句，那么必须放在所有的 except 子句之后。这个子句将在 try 子句没有发生任何异常的时候执行。例如:

for arg in sys.argv[1:]:
try:
f = open(arg, 'r')
except IOError:
print('cannot open', arg)
else:
print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
f.close()

使用 else 子句比把所有的语句都放在 try 子句里面要好，这样可以避免一些意想不到的、而except又没有捕获的异常。

异常处理并不仅仅处理那些直接发生在try子句中的异常，而且还能处理子句中调用的函数（甚至间接调用的函数）里抛出的异常。例如:

>>> def this_fails():
... x = 1/0
... 
>>> try:
... this_fails()
... except ZeroDivisionError as err:
... print('Handling run-time error:', err)
... 
Handling run-time error: int division or modulo by zero

四、触发异常

Python 使用 raise 语句抛出一个指定的异常，例如:

>>> raise NameError('HiThere')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: HiThere

raise 唯一的参数就是要触发的异常。这个参数必须是异常实例或异常类（派生自 BaseException 类，例如 Exception 或其子类）。如果传递的是异常类，将通过调用没有参数的构造函数来隐式实例化：

raise ValueError # shorthand for 'raise ValueError()'

如果只想判断是否触发了异常，但并不打算处理该异常，则可以使用更简单的 raise 语句重新触发异常：

>>>try:
... raise NameError('HiThere')
...except NameError:
... print('An exception flew by!')
... raise
...
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
NameError: HiThere

五、异常链

如果一个未处理的异常发生在 except 部分内，它将会有被处理的异常附加到它上面，并包括在错误信息中:

>>>try:
... open("database.sqlite")
...except OSError:
... raise RuntimeError("unable to handle error")
...
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'database.sqlite'
During handling of the above exception, another exception occurred:
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
RuntimeError: unable to handle error

为了表明一个异常是另一个异常的直接后果， raise 语句允许一个可选的 from 子句:

# exc must be exception instance or None.
raise RuntimeError from exc

转换异常时，这种方式很有用。例如：

>>>def func():
... raise ConnectionError
... 
>>>try:
... func()
... except ConnectionError as exc:
... raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
... 
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
File "<stdin>", line 2, in func
ConnectionError
The above exception was the direct cause of the following exception:
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
RuntimeError: Failed to open database

它还允许使用 from None 表达禁用自动异常链:

>>>try:
... open('database.sqlite')
... except OSError:
... raise RuntimeError from None
... 
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
RuntimeError

六、定义清理操作

try 语句还有另外一个可选的子句，它定义了无论在任何情况下都会执行的清理行为。 例如:

>>> try:
... raise KeyboardInterrupt
...finally:
... print('Goodbye, world!')
...
Goodbye, world!
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
KeyboardInterrupt

以上例子不管 try 子句里面有没有发生异常，finally 子句都会执行。

如果存在 finally 子句，则 finally 子句是 try 语句结束前执行的最后一项任务。不论 try 语句是否触发异常，都会执行 finally 子句。以下内容介绍了几种比较复杂的触发异常情景：

• 如果执行 try 子句期间触发了某个异常，则某个 except 子句应处理该异常。如果该异常没有 except 子句处理，在 finally 子句执行后会被重新触发；
• except 或 else 子句执行期间也会触发异常。 同样，该异常会在 finally 子句执行之后被重新触发；
• 如果 finally 子句中包含 break、continue 或 return 等语句，异常将不会被重新引发；
• 如果执行 try 语句时遇到 break,、continue 或 return 语句，则 finally 子句在执行 break、continue 或 return 语句之前执行；
• 如果 finally 子句中包含 return 语句，则返回值来自 finally 子句的某个 return 语句的返回值，而不是来自 try 子句的 return 语句的返回值。

例如：

>>>def bool_return():
... try:
... return True
... finally:
... return False
...
>>>bool_return()
False

这是一个比较复杂的例子：

>>>def divide(x, y):
... try:
... result = x / y
... except ZeroDivisionError:
... print("division by zero!")
... else:
... print("result is", result)
... finally:
... print("executing finally clause")
>>>divide(2, 1)
result is 2.0
executing finally clause
divide(2, 0)
division by zero!
executing finally clause
>>>divide("2", "1")
executing finally clause
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 3, in divide
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

如上所示，任何情况下都会执行 finally 子句。except 子句不处理两个字符串相除触发的 TypeError，因此会在 finally 子句执行后被重新触发。

在实际应用程序中，finally 子句对于释放外部资源（例如文件或者网络连接）非常有用，无论是否成功使用资源。