【Python】错误异常

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正文

1. 错误和异常的概念

1.1 错误

在 Python 里，错误一般可分为语法错误和逻辑错误。

• 语法错误：是指代码编写不符合 Python 语法规则，导致 Python 解释器无法正确解析代码。例如，少了冒号、括号不匹配等。

# 语法错误示例，if 语句后缺少冒号
if True
    print("This is a syntax error.")

• 逻辑错误：代码语法上没有问题，但程序运行结果不符合预期。这通常是由于算法设计错误、变量使用不当等原因造成的。例如，在计算平均值时，分母可能为 0。

1.2 异常

异常是在程序运行过程中出现的错误事件，它会打断程序的正常执行流程。Python 有许多内置异常类型，如 ZeroDivisionError、IndexError 等。

2. 常见的内置异常类型

2.1 ZeroDivisionError

当试图用一个数除以 0 时，会引发该异常。

try:
    result = 5 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")

2.2 IndexError

当使用的索引超出序列（如列表、元组）的有效范围时，会触发此异常。

my_list = [1, 2, 3]
try:
    print(my_list[3])
except IndexError:
    print("索引超出范围！")

2.3 KeyError

在字典中使用不存在的键进行访问时，会抛出 KeyError。

my_dict = {'a': 1, 'b': 2}
try:
    print(my_dict['c'])
except KeyError:
    print("键不存在！")

2.4 TypeError

当操作或函数应用于不适当类型的对象时，会引发该异常。例如，将字符串和整数相加。

try:
    result = "hello" + 1
except TypeError:
    print("类型不匹配，不能将字符串和整数相加！")

3. 异常处理机制

3.1 try-except 语句

try-except 语句用于捕获和处理异常。try 块中放置可能会引发异常的代码，except 块用于处理捕获到的异常。

try:
    num1 = int(input("请输入一个整数: "))
    num2 = int(input("请输入另一个整数: "))
    result = num1 / num2
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError:
    print("输入不是有效的整数！")
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")

3.2 try-except-else 语句

else 块在 try 块中的代码没有引发异常时执行。

try:
    num = int(input("请输入一个整数: "))
except ValueError:
    print("输入不是有效的整数！")
else:
    print(f"你输入的整数是: {num}")

3.3 try-except-finally 语句

finally 块无论 try 块中是否发生异常，都会被执行。常用于释放资源等操作。

file = None
try:
    file = open("test.txt", "r")
    content = file.read()
    print(content)
except FileNotFoundError:
    print("文件未找到！")
finally:
    if file:
        file.close()

4. 异常的抛出

4.1 raise 语句

可以使用 raise 语句手动抛出异常。例如，自定义一个异常类，并在满足特定条件时抛出该异常。

class CustomError(Exception):
    pass

def check_number(num):
    if num < 0:
        raise CustomError("输入的数字不能为负数！")
    return num

try:
    result = check_number(-5)
except CustomError as e:
    print(e)

4.2 异常链

在抛出一个异常时，可以使用 raise ... from ... 语句将当前异常与另一个异常关联起来，形成异常链。

try:
    num = int("abc")
except ValueError as original_exception:
    raise CustomError("输入无法转换为整数！") from original_exception

5. 自定义异常

5.1 定义自定义异常类

通过继承内置的 Exception 类或其子类，可以创建自定义异常类。

class MyCustomError(Exception):
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

5.2 使用自定义异常

在代码中可以像使用内置异常一样使用自定义异常。

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise MyCustomError("年龄不能为负数！")
    return age

try:
    valid_age = validate_age(-3)
except MyCustomError as e:
    print(e.message)

6. 异常的捕获顺序与多异常捕获

6.1 异常捕获顺序

在使用多个 except 子句时，Python 会按照 except 子句的顺序依次检查捕获的异常类型。一旦匹配到相应的异常类型，就会执行该 except 子句中的代码，并且不会再继续检查后续的 except 子句。因此，捕获范围小的异常应该放在前面，捕获范围大的异常放在后面。

try:
    num = int("abc")
    result = 1 / num
except ValueError:
    print("输入无法转换为整数！")
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零！")
except Exception:
    print("发生了其他未知异常！")

在上述代码中，ValueError 捕获范围相对较小，先进行检查。如果输入无法转换为整数，就会执行对应的 except 子句。如果没有匹配到 ValueError，再检查 ZeroDivisionError 等其他异常。

6.2 多异常捕获

可以在一个 except 子句中捕获多种不同类型的异常，使用元组将这些异常类型括起来。

try:
    num = int("abc")
    result = 1 / num
except (ValueError, ZeroDivisionError):
    print("输入错误或者进行了除以零的操作！")

这种方式适用于不同异常类型需要执行相同处理逻辑的情况。

7. 异常信息的获取

7.1 获取异常对象

在 except 子句中，可以通过给异常类型后面指定一个变量名来获取异常对象，从而访问异常的相关信息，如异常的错误消息。

try:
    num = int("abc")
except ValueError as ve:
    print(f"捕获到 ValueError 异常，错误信息: {ve}")

在上述代码中，ve 就是捕获到的 ValueError 异常对象，通过它可以获取具体的错误消息。

7.2 异常对象的属性和方法

不同的异常类型可能有不同的属性和方法。例如，OSError 异常通常会包含有关操作系统错误的详细信息，如错误号和错误消息。

import os

try:
    file = open("nonexistent_file.txt", "r")
except OSError as oe:
    print(f"错误号: {oe.errno}")
    print(f"错误消息: {oe.strerror}")

这里通过 oe.errno 获取错误号，通过 oe.strerror 获取具体的错误消息。

8. 异常处理的最佳实践

8.1 精确捕获异常

尽量精确地捕获特定类型的异常，而不是使用通用的 except 子句捕获所有异常。这样可以更清晰地处理不同类型的错误，避免隐藏潜在的问题。

try:
    num = int("abc")
except ValueError:
    print("输入无法转换为整数！")

而不是：

try:
    num = int("abc")
except:
    print("发生了异常！")

8.2 异常处理的粒度

异常处理的粒度要适中。如果粒度太粗，可能会掩盖一些重要的错误信息；如果粒度太细，会使代码变得复杂。例如，在一个函数中，对于不同的操作可以分别进行异常处理。

def process_data():
    try:
        # 读取数据的操作
        data = read_data()
    except FileNotFoundError:
        print("数据文件未找到！")
        return
    try:
        # 处理数据的操作
        result = analyze_data(data)
    except ValueError:
        print("数据处理过程中发生值错误！")
        return
    return result

8.3 资源管理与异常处理

在处理需要手动释放资源（如文件、网络连接等）的情况时，要确保资源在异常发生时也能被正确释放。可以使用 try - finally 语句或 with 语句。with 语句是一种更简洁、更安全的资源管理方式，它会自动处理资源的获取和释放。

with open("test.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    print(content)
# 无需手动调用 file.close()，with 语句会自动处理

9. 异常在模块和类中的应用

9.1 模块中的异常处理

在模块中，通常会定义一些函数供其他模块调用。在这些函数中，要合理处理可能出现的异常，并根据情况将异常抛出给调用者。

# module.py
def divide_numbers(a, b):
    if b == 0:
        raise ZeroDivisionError("除数不能为零！")
    return a / b

# main.py
import module

try:
    result = module.divide_numbers(5, 0)
except ZeroDivisionError as zde:
    print(zde)

9.2 类中的异常处理

在类的方法中，也需要进行异常处理。可以根据类的功能和使用场景，自定义异常类并在合适的时候抛出。

class BankAccount:
    def __init__(self, balance):
        if balance < 0:
            raise ValueError("账户余额不能为负数！")
        self.balance = balance

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            raise ValueError("取款金额超过账户余额！")
        self.balance -= amount
        return self.balance

try:
    account = BankAccount(-10)
except ValueError as ve:
    print(ve)

try:
    valid_account = BankAccount(100)
    valid_account.withdraw(200)
except ValueError as ve:
    print(ve)

在上述代码中，BankAccount 类的初始化方法和 withdraw 方法都进行了异常处理，确保对象的状态和操作的合法性。

结语
感谢您的阅读！期待您的一键三连！欢迎指正！