Python进阶与拾遗8：Python中的异常处理

作为一门面向对象编程的语言，异常处理是Python中常用的技术。本篇博文主要讲解Python中的异常处理，下面开始干货。

异常相关概念

异常的定义

异常，是可以改变程序中流程的事件。可以根据错误自动地被触发，也可能由代码触发或截获。

异常的角色

1. 错误处理。运行检测到程序错误时，会引发异常。
2. 事件通知。用于发出有效状态的信号，对程序进行通知。
3. 特殊情况的处理。用于处理很罕见的情况。
4. 终止行为。在有必要时结束程序运算。
5. 非常规控制流程。类似于go to语句。

常用的异常处理方法

try/except/else/finally语句

1. try代码语句块内如果发生了异常，就执行第一个符合引发异常的except子句下面的语句。当except代码执行完毕后，会回到try继续执行。
2. 如果try代码语句块内发生了异常，但是没有符合的except语句，异常会向上传递到更上层的try语句块，直到传递到这个进程的顶层。
3. 如果try首行底下执行的语句没有发生异常，会执行else语句。
4. except分句数目无限制，但是只有一个else。
5. except语句没列出异常名称时，捕捉在try语句中的所有异常。
6. except语句可使用括号列出出现的任何异常。
7. 无论是否发生异常，都会执行finally语句。在异常发生时，执行finally语句后，程序会把异常向上传递到更上层的try语句块，直到传递到这个进程的顶层。
8. 语句顺序为：try -> except -> else -> finally。如果出现else，必须至少有一个except。finally可有可无。

try语句分句形式	说明
except:	捕捉所有异常类型
except name:	只捕捉特定异常
except name as value:	捕捉所列的异常和其额外的数据
except (name1, name2):	捕捉列出的任何异常
except (name1, name2) as value:	捕捉列出的任何异常，并取得其额外数据
else:	如果没有引发异常，就运行
finally:	总是会运行的代码块

def print_addition(a, b):
    try:
        print("try:")
        print(a + b)
        print("try end!")
    except TypeError as value:
        print("except TypeError:")
        print("TypeError occurs")
        print(value)
    else:
        print("else:")
        print(a, b)
        print("no error!")
    finally:
        print("finally:")
        print("finally go!")

def main():
    print_addition(1, 2)
    print_addition([11, 22, 33], "abc")

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
try:
3
try end!
else:
1 2
no error!
finally:
finally go!
try:
except TypeError:
TypeError occurs
can only concatenate list (not "str") to list
finally:
finally go!
'''

raise语句

1. 用于显示地触发异常。
2. raise后面可以接实例，类或者什么都不接。传递一个类，会自动创建一个实例。如果什么都不接，那么就传递最近引发的异常。

def print_addition(a, b):
    try:
        print("try:")
        print(a + b)
        print("try end!")
    except:
        print("raise error!")
        raise
    else:
        print("else:")
        print(a, b)
        print("no error!")
    finally:
        print("finally:")
        print("finally go!")

def main():
    print_addition(1, 2)
    print_addition([11, 22, 33], "abc")

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
try:
3
try end!
else:
1 2
no error!
finally:
finally go!
try:
raise error!
finally:
finally go!
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise.py", line 22, in 
    main()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise.py", line 19, in main
    print_addition([11, 22, 33], "abc")
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise.py", line 4, in print_addition
    print(a + b)
TypeError: can only concatenate list (not "str") to list
'''

3. 在Python 3.0及之后的版本中，可以使用from。表示从一个异常引发另外的异常。

raise exception from otherexception

def raise_from():
    try:
        1 / 0
    except Exception as E:
        raise TypeError from E


def main():
    raise_from()

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise_2.py", line 3, in raise_from
    1 / 0
ZeroDivisionError: division by zero

The above exception was the direct cause of the following exception:

Traceback (most recent call last):
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise_2.py", line 12, in 
    main()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise_2.py", line 9, in main
    raise_from()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Raise_2.py", line 5, in raise_from
    raise TypeError from E
TypeError
'''

assert语句

assert <test>, <data>

如果test为假，就引发AssertionError，data是额外数据，一般用于传递异常发生的描述。

def assert_test():
    assert 1 == 0, "AssertionError occurs!"


def main():
    assert_test()

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Assert.py", line 9, in 
    main()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Assert.py", line 6, in main
    assert_test()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/Assert.py", line 2, in assert_test
    assert 1 == 0, "AssertionError occurs!"
AssertionError: AssertionError occurs!
'''

with/as环境管理器

相关概念

1. 这个功能在Python 2.6及之后的版本中，Python 3.0及之后的版本中新增。通常使用环境管理器强化一些内置工具，比如自行关闭文件，对锁的自动上锁与开锁等。

with expression [as variable]:
    with-block

2. expression返回一个对象，从而支持环境管理协议，variable是可选的，表示这个对象返回的一个值(注意不是expression返回的对象)。比如，用于文件读写，在with语句执行后，文件会自动关闭；在with中引发了异常，文件也会自动关闭。

with open('file_path') as file:
    for line in file:
        print(line)

环境管理协议

可以编写一个类，用特殊的方法接入with语句，规范如下：

1. 必须有__enter__和__exit__方法。
2. 在with语句中，环境管理器的__enter__方法会被调用，如果as语句存在，就会赋值给as子句中的变量，否则直接丢弃。
3. 代码块中的嵌套代码会执行。
4. 如果with代码块引发异常，__exit__(type, value, traceback)方法会调用。如果此方法返回值为假，那么异常会重新引发，否则异常会终止(一般来说都会返回假)。
5. 如果with代码块没有引发异常，__exit__(type, value, traceback)方法依然会调用，三个参数都以None传递。

class TraceBlock:
    def message(self, arg):
        print('running', arg)
    def __enter__(self):
        print('starting with block')
        return self
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if exc_type is None:
            print('exited normally\n')
        else:
            print('raise an exception!', exc_type)
            return False
            # return True

def main():
    with TraceBlock() as action:
        action.message('test 1')
        print('reached')

    with TraceBlock() as action:
        action.message('test 2')
        raise TypeError
        print('not reached')

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/With_Exception.py", line 26, in 
    main()
  File "D:/Pycharm/MyProjects/pythonException/With_Exception.py", line 22, in main
    raise TypeError
TypeError
starting with block
running test 1
reached
exited normally

starting with block
running test 2
raise an exception! 
'''

class TraceBlock:
    def message(self, arg):
        print('running', arg)
    def __enter__(self):
        print('starting with block')
        return self
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if exc_type is None:
            print('exited normally\n')
        else:
            print('raise an exception!', exc_type)
            # return False
            return True

def main():
    with TraceBlock() as action:
        action.message('test 1')
        print('reached')

    with TraceBlock() as action:
        action.message('test 2')
        raise TypeError
        print('not reached')

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输出：
starting with block
running test 1
reached
exited normally

starting with block
running test 2
raise an exception! 
'''

异常对象

1. Python 3.0及之后的版本要求异常类派生自BaseException内置异常超类，绝大多数程序都继承自Exception子类。Python 2.6及之后版本中的新式类规则相同。
2. BaseException是异常的顶级根类，不能由用户直接继承。提供了子类所继承的默认的打印和状态保持行为。
3. Exception是与应用异常相关的顶层根超类，是BaseException的一个直接子类，并且是所有内置异常的直接超类。在用户自定义异常时，会继承这个类。
4. 内置异常提供了默认打印显示和状态保持，传递给这些类的任何参数都会保存在实例的args元组中。这就是为什么传递给内置异常类的参数会显示在出错消息中，当打印实例时，附加给实例的任何构造函数参数就会显示。对用户定义的异常类也如此，因为继承了内置超类中存在的构造函数和使用方法。

I = IndexError('abc')
I.args

raise IndexError('abc')

class E(Exception): pass

def main():
    try:
        raise E('abc', 'def')
    except E as X:
        print(X.args) # ('abc', 'def')

if __name__ == "__main__":
    main()

5. 在异常类中，还可以定制打印显示，重载__str__方法。注意，必须重载__str__，因为超类已经有这个方法了。不能重载__repr__，因为__str__优先级高于__repr__，还是会调用超类的__str__。

class E(Exception):
    def __str__(self):
        return 'Exception E occurs!'

def main():
    try:
        raise E('abc', 'def')
    except E as X:
        print(X.args)
        print(X)

if __name__ == "__main__":
    main()
'''
输入：
('abc', 'def')
Exception E occurs!
'''

6. 定制数据与行为。可以通过构造函数和方法定义，为异常类进行定制。

class FormatError(Exception):
    logfile = 'error_log.txt'
    def __init__(self, line, file):
        self.line = line
        self.file = file

    def logerror(self):
        log = open(self.logfile, 'a+')
        print('Error at', self.file, self.line, file=log)

def parser():
    raise FormatError(40, 'error.txt')

def main():
    try:
        parser()
    except FormatError as exc:
        exc.logerror()

执行后，可见工程目录下新建了error.txt，其中内容如下：

Error at error.txt 40

写在最后

截止文篇博文，Python基础与拾遗和Python进阶与拾遗一共17讲的内容就告一段落了。在阅读完毕这两部分后，就可以结合Python语言独有的技巧，进行面向对象的Python工程编写了。这也是笔者对Python语言相关技术的总结与复盘，希望能在未来推出更多技术干货，与各位读者朋友共同成长。

呈上Python进阶与拾遗前7讲链接：

Python进阶与拾遗1：Python中的模块
Python进阶与拾遗2：Python中的包
Python进阶与拾遗3：Python中的类
Python进阶与拾遗4：Python中的运算符重载
Python进阶与拾遗5：Python中的新式类
Python进阶与拾遗6：Python中的静态方法与类方法
Python进阶与拾遗7：Python中的装饰器

欢迎阅读笔者后续博客，各位读者朋友的支持与鼓励是我最大的动力！

written by jiong
君问归期未有期，
巴山夜雨涨秋池。
何当共剪西窗烛，
却话巴山夜雨时。