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python教程：python中的异常，异常堆栈及其案例

article 2024/10/26 11:15:21

在 Python 中，异常是程序在运行过程中发生错误的一种处理机制。异常可以中断程序的正常执行，并通过适当的处理来解决错误或提供反馈。如果异常未被处理，程序将会终止并输出一个异常堆栈，显示错误的详细信息。

异常的基本概念

异常（Exception）：在程序执行过程中出现的错误，如除以零、访问不存在的文件等。这些错误会触发一个异常。
异常处理：通过 try...except 块来捕获和处理异常，防止程序崩溃。
异常堆栈（Stack Trace）：当发生未处理的异常时，Python 会输出异常堆栈，显示从错误发生的地方到程序启动时的函数调用顺序。堆栈有助于调试错误。
抛出异常：可以通过 raise 语句手动抛出异常。

常见异常类型

IndexError：访问列表中不存在的索引时触发。
KeyError：访问字典中不存在的键时触发。
ValueError：传递无效的参数时触发。
ZeroDivisionError：除以零时触发。
FileNotFoundError：尝试打开不存在的文件时触发。
TypeError：传递不正确的数据类型时触发。

异常处理的基本语法

try:
    # 可能发生异常的代码块
    risky_code()
except SomeException as e:
    # 当发生 SomeException 类型的异常时执行的代码块
    print(f"An error occurred: {e}")
else:
    # 如果没有发生异常，执行的代码块
    print("No exceptions occurred.")
finally:
    # 无论是否发生异常，都会执行的代码块
    print("This code always runs.")

try 块：包含可能会触发异常的代码。
except 块：捕获并处理指定类型的异常，避免程序崩溃。
else 块：当 try 块没有引发异常时执行。
finally 块：无论是否发生异常，都会执行的代码，一般用于资源释放（如关闭文件或网络连接）。

示例：基本的异常处理

try:
    result = 10 / 0  # 这里会触发 ZeroDivisionError
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"Caught an exception: {e}")
else:
    print("No exceptions occurred.")
finally:
    print("This will always execute.")

输出：

Caught an exception: division by zero
This will always execute.

捕获多个异常

你可以在 except 块中捕获多个异常类型。如果要捕获多种不同的异常类型，可以通过元组的方式指定。

try:
    value = int("abc")  # 这里会触发 ValueError
except (ValueError, TypeError) as e:
    print(f"An error occurred: {e}")

输出：

An error occurred: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

自定义异常

可以通过继承内置的 Exception 类来创建自定义异常，并使用 raise 语句手动抛出异常。

class CustomError(Exception):
    pass

def risky_function(value):
    if value < 0:
        raise CustomError("Negative value is not allowed!")
    return value

try:
    result = risky_function(-10)
except CustomError as e:
    print(f"Caught a custom exception: {e}")

输出：

Caught a custom exception: Negative value is not allowed!

异常堆栈（Stack Trace）

当程序中发生未捕获的异常时，Python 会输出异常堆栈，显示异常发生的位置和调用链，这对于调试非常有帮助。异常堆栈提供了函数调用的详细信息，从错误发生的地方向上追溯到最开始的函数调用。

示例：异常堆栈

def function_c():
    return 1 / 0  # 触发 ZeroDivisionError

def function_b():
    function_c()

def function_a():
    function_b()

# 调用 function_a，最终触发 ZeroDivisionError
function_a()

输出（异常堆栈）：

Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 11, in <module>
    function_a()
  File "example.py", line 8, in function_a
    function_b()
  File "example.py", line 5, in function_b
    function_c()
  File "example.py", line 2, in function_c
    return 1 / 0
ZeroDivisionError: division by zero

解释：

Traceback：异常堆栈开始部分，显示调用链，从错误发生的地方向上追溯。
File "example.py", line 11：显示错误发生的文件、行号和函数。
ZeroDivisionError: division by zero：最后一行显示了具体的异常类型和错误信息。

手动抛出异常

你可以使用 raise 语句手动抛出异常。

示例：手动抛出异常

def check_value(value):
    if value < 0:
        raise ValueError("Negative value provided")
    return value

try:
    check_value(-5)
except ValueError as e:
    print(f"Error: {e}")

输出：

Error: Negative value provided

解释：

当 check_value(-5) 被调用时，value 是负数，因此 raise 语句会触发 ValueError 异常，并输出自定义的错误消息。

使用 `finally` 来确保清理操作

在某些情况下，无论是否发生异常，我们都希望在程序结束时进行某些清理操作，比如关闭文件或数据库连接。这时可以使用 finally 块。

示例：`finally` 块

try:
    file = open("example.txt", "r")
    content = file.read()
    print(content)
except FileNotFoundError:
    print("File not found.")
finally:
    file.close()
    print("File closed.")