Python 异常

1 导引问题

在实际工作中，我们遇到的情况不可能是非常完美的。比如：你写的某个模
块，用户输入不一定符合你的要求;你的程序要打开某个文件，这个文件可能不
存在或者文件格式不对;你要读取数据库的数据，数据可能是空的;我们的程序再
运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。
软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些问题，我们称之为
异常，英文是：Exception，意思是例外。遇到这些例外情况，或者叫异常，我
们怎么让写的程序做出合理的处理，而不至于程序崩溃呢?我们本章就要讲解这
些问题。
如果我们要拷贝一个文件，在没有异常机制的情况下，我们需要考虑各种
异常情况，伪代码如下：
【示例6-1】伪代码使用if 处理程序中可能出现的各种情况

#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
if "d:/a.txt"这个文件存在:
	if e 盘的空间大于a.txt 文件长度:
		if 文件复制一半IO 流断掉:
			停止copy，输出：IO 流出问题！
		else:
			copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")
	else:
		print("e 盘空间不够存放a.txt！")
else:
	print("a.txt 不存在！")
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这种方式，有两个坏处：

1. 逻辑代码和错误处理代码放一起!
2. 程序员本身需要考虑的例外情况较复杂，对程序员本身要求较高!
   那么，我们如何解决应对异常情况呢? python 的异常机制给我们提供了方
   便的处理方式。如上情况，如果是用python 的异常机制来处理，示意代码如下
   (仅限示意，不能运行)：

#将d:/a.txt 拷贝到e:盘
try:
	copyFile("d:/a.txt","e:/a.txt")
except:
	print("文件无法拷贝")
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2 异常机制本质

异常指程序运行过程中出现的非正常现象，例如用户输入错误、除数为零、需
要处理的文件不存在、数组下标越界等。
所谓异常处理，就是指程序在出现问题时依然可以正确的执行剩余的程序，而
不会因为异常而终止程序执行。
python 中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中
包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。下面较为完整的展示了
python 中内建异常类的继承层次：

我们处理一下，遇到的第一个异常：

# Traceback 追溯，追根溯源。most recent call last 最后一次调用
a =3/0
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执行上面程序，控制台打印：

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_01.py", line 1, in <module>
    a =3/0
ZeroDivisionError: division by zero
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2.1 python 中一切都是对象，异常也采用对象的方式来处理。处理过程：

1. 抛出异常：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该
   异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给解释器。
2. 捕获异常：解释器得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。

3 解决异常问题的态度

学习完异常相关知识点，只是开始对异常有些认识，不意味着你会调试任何异常；调试
异常，需要大量的经验作为基础。因此，大家不要在此停留，继续往后学习。碰到每个异常，
都要花心思去解决而不要动不动张口问人。通过自己的努力无法解决，再去找老师同学帮助
解决。
解决每一个遇到的异常，建议大家遵循如下三点：

1. 不慌张，细看信息，定位错误。看清楚报的错误信息，并定位发生错误的地方。
2. 百度并查看十个相关帖子。将异常类信息进行百度，至少查看十个以上的相关帖子。
3. 以上两步仍然无法解决，找老师和同学协助解决。
   正常情况，自己遵循如上步骤解决30 个以上的错误，就能积累初步的调试经验，以后
   遇到的大部分错误都能独立完成。

4 异常解决的关键：定位

当发生异常时，解释器会报相关的错误信息，并会在控制台打印出相关错误信息。我们
只需按照从上到下的顺序即可追溯（Trackback）错误发生的过程，最终定位引起错误的那一
行代码。
【示例】追溯异常发生的过程

def a():
    num = 1/0

def b():
    a()

def c():
    b()

c()
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控制台打印结果：

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_01.py", line 13, in <module>
    c()
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_01.py", line 11, in c
    b()
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_01.py", line 8, in b
    a()
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_01.py", line 5, in a
    num = 1/0
ZeroDivisionError: division by zero
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5 try…一个except 结构

try…except 是最常见的异常处理结构。结构如下：

try:
	被监控的可能引发异常的语句块
except BaseException [as e]:
	异常处理语句块
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try 块包含着可能引发异常的代码，except 块则用来捕捉和处理发生的异常。执行的时
候，如果try 块中没有引发异常，则跳过ecept 块继续执行后续代码；执行的时候，如果try
块中发生了异常，则跳过try 块中的后续代码，跳到相应的except 块中处理异常；异常处理
完后，继续执行后续代码。
遇到异常的执行顺序：

# try...一个except 结构
print("step0")

try:
    print("step1")
    a = 3/0
    print("step2")
except BaseException as e:
    print("step3")
    print(e)
    print(type(e))
print("end")
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运行结果

step0
step1
step3
division by zero
<class 'ZeroDivisionError'>
end
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我们可以看到，程序执行到引发异常的语句时，直接掉到except 异常处理语句块进行
处理；处理完毕后，继续执行下面的程序。

# try...一个except 结构
print("step0")

try:
    print("step1")
    a = 3/2
    print("step2")
except BaseException as e:
    print("step3")
    print(e)
    print(type(e))
print("end")
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如上代码的执行结果是：

step0
step1
step2
end
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try 语句块没有发生异常，则正常执行完try 块后跳过except 异常处理语句块，继续往
下执行。

【示例】循环输入数字，如果不是数字则处理异常；直到输入88，则结束循环。

# 示例：循环输入数字，如果不是数字则处理异常，直到输入88，则循环结束

while True:
    try:
        x = int(input("请输入一个数字"))
        print("输入的数字：",x)
        if x == 88:
            print("退出程序")
            break
    except BaseException as e:
        print(e)
        print("异常，输入的不是一个数字")

print("循环数字输入程序结束")
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执行结果：

请输入一个数字78.2
invalid literal for int() with base 10: '78.2'
异常，输入的不是一个数字
请输入一个数字ddd
invalid literal for int() with base 10: 'ddd'
异常，输入的不是一个数字
请输入一个数字88
输入的数字： 88
退出程序
循环数字输入程序结束
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6 try…多个except 结构

上面的结构可以捕获所有的异常，工作中也很常见。但是，从经典理论考虑，一般建议
尽量捕获可能出现的多个异常（按照先子类后父类的顺序），并且针对性的写出异常处理代
码。为了避免遗漏可能出现的异常，可以在最后增加BaseException。结构如下：

try:
	被监控的、可能引发异常的语句块
except Exception1:
	处理Exception1 的语句块
except Exception2:
	处理Exception2 的语句块
...
except BaseException：
	处理可能遗漏的异常的语句块
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【示例】多个except 结构

# try...多个except 结构

try:
    a = input("请输入一个被除数：")
    b = input("请输入一个除数：")
    c = float(a)/float(b)
    print(c)
except ZeroDivisionError:
    print("异常，不能除以0")
except ValueError:
    print("异常，不能将字符串转化成数字")
except NameError:
    print("异常，变量不存在")
except BaseException as e:
    print(e)
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执行结果：

请输入一个被除数：dd
请输入一个除数：33
异常，不能将字符串转化成数字
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7 try…except…else 结构

try…except…else 结构增加了“else 块”。如果try 块中没有抛出异常，则执行else 块。如果
try 块中抛出异常，则执行except 块，不执行else 块。
【示例】try…except…else 结构执行测试

try:
    a = input("请输入被除数：")
    b = input("请输入除数：")
    c = float(a)/float(b)
except BaseException as e:
    print(e)
else:
    print("除的结果是：",c)
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发生异常的执行情况（执行except 块，没有执行else）：

请输入被除数：3
请输入除数：0
float division by zero
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没有发生异常的执行情况（执行完try 块后，执行else）：

请输入被除数：3
请输入除数：4
除的结果是： 0.75
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8 try…except…finally 结构

try…except…finally 结构中，finally 块无论是否发生异常都会被执行；通常用来释放try 块中
申请的资源。
【示例】try…except…finally 结构简单测试

# try...except...finally 结构
try:
    a = input("请输入一个被除数：")
    b = input("请输入一个除数：")
    c = float(a) / float(b)
except BaseException as e:
    print(e)
else:
    print(c)
finally:
    print("我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！")

print("程序结束！")
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执行结果如下：

请输入一个被除数：3
请输入一个除数：0
float division by zero
我是finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！
程序结束！
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【示例】读取文件，finally 中保证关闭文件资源

# 测试finally

try:
    f = open("d:/a.txt", "r")
    content = f.readline()
    print(content)
except:
    print("文件未找到")
finally:
    print("run in finally. 关闭资源")
    try:
        f.close()
    except BaseException as e:
        print(e)

print("程序执行结束！")
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发生异常的执行结果：

文件未找到
run in finally. 关闭资源
name 'f' is not defined
程序执行结束！
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9 return 语句和异常处理问题

由于return 有两种作用：结束方法运行、返回值。我们一般不把return 放到异常处理结构
中，而是放到方法最后。
【示例】return 和异常结构的正确处理方式

def test01():
	print("step1")
	try:
		x = 3/0
		# return "a"
	except:
		print("step2")
		print("异常：0 不能做除数")
		#return "b"
	finally:
		print("step4")
		#return "d"
	print("step5")
	return "e" #一般不要将return 语句放到try、except、else、finally 块中，会发生一些意想不到的错误。建议放到方法最后。
print(test01())
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执行结果：

step1
step2
异常：0 不能做除数
step4
step5
e
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10 常见异常的解决

Python 中的异常都派生自BaseException 类，本节我们测试和列出常见的一些异常，方
便初学者掌握。

1. SyntaxError：语法错误

int a = 3
int a =3
^
SyntaxError: invalid syntax
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2. NameError：尝试访问一个没有申明的变量

print(a)
print(a)
NameError: name 'a' is not defined
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3. ZeroDivisionError：除数为0 错误（零除错误）

a = 3/0
a = 3/0
ZeroDivisionError: division by zero
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4. ValueError：数值错误

float("gaoqi")
float("gaoqi")
ValueError: could not convert string to float: 'gaoqi'
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5. TypeError：类型错误

123+"abc"
123+"abc"
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
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6. AttributeError：访问对象的不存在的属性

a=100
a.sayhi()
a.sayhi()
AttributeError: 'int' object has no attribute 'sayhi'
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7. IndexError：索引越界异常

a = [4,5,6]
a[10]
a[10]
IndexError: list index out of range
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8. KeyError：字典的关键字不存在

a = {'name':"gaoqi",'age':18}
a['salary']
a['salary']
KeyError: 'salary'
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11 常见异常汇总

建议大家通读，把异常相关的单词背下来熟悉一下。这样可以克服“畏难情绪”。

12 with 上下文管理

finally 块由于是否发生异常都会执行，通常我们放释放资源的代码。其实，我们可以通
过with 上下文管理，更方便的实现释放资源的操作。
with 上下文管理的语法结构如下：

with context_expr [ as var]：
语句块
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with 上下文管理可以自动管理资源，在with 代码块执行完毕后自动还原进入该代码之前的
现场或上下文。不论何种原因跳出with 块，不论是否有异常，总能保证资源正常释放。极
大的简化了工作，在文件操作、网络通信相关的场合非常常用。
【示例】with 上下文管理文件操作

# 测试with上下文管理（with不是用来取代try...except...finally结构的，只是作为补充。方便我们再文件管理，网络通信的开发）

with open("C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/a.txt", "r") as f:
    content = f.readline()
    print(content)


print("程序执行结束！")
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执行结果：

abc
程序执行结束！
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13 trackback 模块

【示例】使用Traceback 模块打印异常信息

# 测试trackback模块
import traceback

try:
    print("step1")
    num = 1/0
except:
    traceback.print_exc()
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运行结果：

step1
Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_10.py", line 6, in <module>
    num = 1/0
ZeroDivisionError: division by zero
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【示例】使用traceback 将异常信息写入日志文件

###########将异常信息输出指定的文件中###########
try:
    print("step1")
    num = 1/0
except:
    with open("C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/b.txt", "a") as f:
        traceback.print_exc(file=f)
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b.txt 文件结果

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_10.py", line 13, in <module>
    num = 1/0
ZeroDivisionError: division by zero
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14 自定义异常类

程序开发中，有时候我们也需要自己定义异常类。自定义异常类一般都是运行时异常，通常
继承Exception 或其子类即可。命名一般以Error、Exception 为后缀。
自定义异常由raise 语句主动抛出。
【示例】自定义异常类和raise 语句

# 测试自定义异常类

class AgeError(Exception):    # 继承Exception
    def __init__(self, errorInfo):
        Exception.__init__(self)    # 为什么要用父类的初始化方法？注释掉好像没有影响
        self.errorInfo = errorInfo
    def __str__(self):
        return str(self.errorInfo)+"，年龄错误！应该在1-150之间"

########测试代码########
if __name__ == "__main__":    # 如果为True，则模块是作为独立文件运行，可以执行测试代码
    age = int(input("输入一个年龄："))
    if age<1 or age>150:
        raise AgeError(age)
    else:
        print("正常的年龄：", age)
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执行结果如下：

输入一个年龄：456
Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/dell/PycharmProjects/mystudypy400/state02/exc_11.py", line 14, in <module>
    raise AgeError(age)
__main__.AgeError: 456，年龄错误！应该在1-150之间
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15 Pycharm 开发环境的调试

进行调试的核心是设置断点。程序执行到断点时，暂时挂起，停止执行。就像看视频按
下停止一样，我们可以详细的观看停止处的每一个细节。

15.1 断点

程序运行到此处，暂时挂起，停止执行。我们可以详细在此时观察程序的运行情况，方
便做出进一步的判断。

1. 设置断点：
   (1) 在行号后面单击即可增加断点
   

(2) 在断点上再单击即可取消断点

15.2 进入调试视图

我们通过如下三种方式都可以进入调试视图：
(1) 单击工具栏上的按钮：
(2) 右键单击编辑区，点击：debug ‘模块名’
(3) 快捷键：shift+F9

进入调试视图后，布局如下：

左侧为“浏览帧”：

调试器列出断点处，当前线程正在运行的方法，每个方法对应一个“栈帧”。最上面的
是当前断点所处的方法。

变量值观察区：

调试器列出了断点处所在方法相关的变量值。我们可以通过它，查看变量的值的变化。
也可以通过(加号)，增加要观察的变量。

15.3 调试操作区

我们通过上图中的按钮进行调试操作，它们的含义如下：