异常处理

我们在编写程序的时候，经常需要对异常情况做处理。比如，当一个数试图除以 0 时，我们需要捕获这个异常情况并做处理。你可能会使用类似 if/else 的条件语句来对异常情况做判断，比如，判断除法的分母是否为零，如果为零，则打印错误信息。

这在某些简单的情况下是可以的，但是，在大多数时候，我们应该使用 Python 的异常处理机制。这主要有两方面的好处：

  • 一方面，你可以选择忽略某些不重要的异常事件，或在需要的时候自己引发异常；
  • 另一方面，异常处理不会搞乱原来的代码逻辑，但如果使用一大堆 if/else 语句，不仅会没效率和不灵活，而且会让代码相当难读；

异常对象

Python 用异常对象（exception object）来表示异常情况。当程序在运行过程中遇到错误时，会引发异常。如果异常对象未被处理或捕捉，程序就会用所谓的回溯（Traceback，一种错误信息）终止执行。

比如：

  1. >>> 1/0
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  4. ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

上面的 ZeroDivisionError 就是一个异常类，相应的异常对象就是该类的实例。Python 中所有的异常类都是从 BaseException 类派生的，常见的异常类型可以在这里查看。

使用 try/except 捕捉异常

在编写程序的时候，如果我们知道某段代码可能会导致某种异常，而又不希望程序以堆栈跟踪的形式终止，这时我们可以根据需要添加 try/except 或者 try/finally 语句（或者它们的组合）进行处理。一般来说，有以下使用形式：

  1. try...except...
  2. try...except...else...
  3. try...except...else...finally...
  4. try...except...except...else...finally...
  5. try...finally...

基本形式

捕捉异常的基本形式是 try...except。

让我们看看第一个例子：

  1. try:
  2.     x = input('Enter x: ')
  3.     y = input('Enter y: ')
  4.     print x / y
  5. except ZeroDivisionError as e:
  6.     print 'Error:',e
  8. print 'hello world'

当 y = 0 时，看看执行结果：

  1. Enter x: 3
  2. Enter y: 0
  3. Error: integer division or modulo by zero
  4. hello world

可以看到，我们的程序正确捕获了除以零的异常，而且程序没有以堆栈跟踪的形式终止，而是继续执行后面的代码，打印出 ‘hello world’。

多个 except 子句

有时，我们的程序可能会出现多个异常，这时可以用多个 except 子句来处理这种情况。

让我们继续看第一个例子，如果 y 输入的是一个非数字的值，就会产生另外一个异常：

  1. Enter x: 2
  2. Enter y: 'a'        # y 的输入是一个字符
  3. ----------------------------------------------------------------------
  4. TypeError                            Traceback (most recent call last)
  5. <ipython-input-209-d4666cfaefb4> in <module>()
  6.       2     x = input('Enter x: ')
  7.       3     y = input('Enter y: ')
  8. ----> 4     print x / y
  9.       5 except ZeroDivisionError as e:
  10.       6     print e
  12. TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'int' and 'str'

可以看到，当 y 输入一个字符 ‘a’ 之后，程序产生了一个 TypeError 异常，并且终止，这是因为我们的 except 子句只是捕获了 ZeroDivisionError 异常，为了能捕获TypeError 异常，我们可以再加一个 except 子句，完整代码如下：

  1. try:
  2.     x = input('Enter x: ')
  3.     y = input('Enter y: ')
  4.     print x / y
  5. except ZeroDivisionError as e:      # 处理 ZeroDivisionError 异常
  6.     print 'ZeroDivisionError:',e
  7. except TypeError as e:              # 处理 TypeError 异常
  8.     print 'TypeError:',e
  10. print 'hello world'

当 y 输入 ‘a’ 时，看看执行结果：

  1. Enter x: 3
  2. Enter y: 'a'
  3. TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'int' and 'str'
  4. hello world

捕捉未知异常

事实上，在编写程序的时候，我们很难预料到程序的所有异常情况。比如，对于第一个例子，我们可以预料到一个 ZeroDivisionError 异常，如果细心一点，也会预料到一个 TypeError 异常，可是，还是有一些其他情况我们没有考虑到，比如在输入 x 的时候，我们直接按回车键，这时又会引发一个异常，程序也会随之挂掉：

  1. Enter x:      # 这里输入回车键
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 2, in <module>
  4.   File "<string>", line 0
  6.     ^
  7. SyntaxError: unexpected EOF while parsing

那么，我们应该怎么在程序捕获某些难以预料的异常呢？我们在上文说过，Python 中所有的异常类都是从 BaseException 类派生的，也就是说，ZeroDivisionError、SyntaxError 等都是它的子类，因此，对于某些难以预料的异常，我们就可以使用 BaseException 来捕获，在大部分情况下，我们也可以使用 Exception 来捕获，因为 Exception 是大部分异常的父类，可以到这里查看所有异常类的继承关系。

因此，对于第一个例子，我们可以把程序做一些修改，使其更加健壮：

  1. try:
  2.     x = input('Enter x: ')
  3.     y = input('Enter y: ')
  4.     print x / y
  5. except ZeroDivisionError as e:      # 捕获 ZeroDivisionError 异常
  6.     print 'ZeroDivisionError:',e
  7. except TypeError as e:              # 捕获 TypeError 异常
  8.     print 'TypeError:',e
  9. except BaseException as e:          # 捕获其他异常
  10.     print 'BaseException:',e
  12. print 'hello world'

注意到，我们把 BaseException 写在了最后一个 except 子句。如果你把它写在了第一个 except 子句，由于 BaseException 是所有异常的父类，那么程序的所有异常都会被第一个 except 子句捕获。

else 子句

我们可以在 except 子句后面加一个 else 子句。当没有异常发生时，会自动执行 else 子句。

对第一个例子，加入 else 子句：

  1. try:
  2.     x = input('Enter x: ')
  3.     y = input('Enter y: ')
  4.     print x / y
  5. except ZeroDivisionError as e:
  6.     print 'ZeroDivisionError:',e
  7. except TypeError as e:
  8.     print 'TypeError:',e
  9. except BaseException as e:
  10.     print 'BaseException:',e
  11. else:
  12.     print 'no error!'
  14. print 'hello world'

看看执行结果：

  1. Enter x: 6
  2. Enter y: 2
  3. 3
  4. no error!
  5. hello world

finally 子句

finally 子句不管有没有出现异常都会被执行。

看看例子：

  1. try:
  2.     x = 1/0
  3.     print x
  4. finally:
  5.     print 'DONE'

执行结果：

  1. DONE
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 2, in <module>
  4. ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

再看一个例子：

  1. try:
  2.     x = 1/0
  3.     print x
  4. except ZeroDivisionError as e:
  5.     print 'ZeroDivisionError:',e
  6. finally:
  7.     print 'DONE'

执行结果：

  1. ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
  2. DONE

使用 raise 手动引发异常

有时，我们使用 except 捕获了异常，又想把异常抛出去，这时可以使用 raise 语句。

看看例子：

  1. try:
  2.     x = input('Enter x: ')
  3.     y = input('Enter y: ')
  4.     print x / y
  5. except ZeroDivisionError as e:
  6.     print 'ZeroDivisionError:',e
  7. except TypeError as e:
  8.     print 'TypeError:',e
  9. except BaseException as e:
  10.     print 'BaseException:',e
  11.     raise                           # 使用 raise 抛出异常
  12. else:
  13.     print 'no error!'
  15. print 'hello world'

运行上面代码，当 x 输入一个回车键时，错误会被打印出来，并被抛出：

  1. Enter x:    # 这里输入回车键
  2. BaseException: unexpected EOF while parsing (<string>, line 0)
  3. Traceback (most recent call last):
  4.   File "<stdin>", line 2, in <module>
  5.   File "<string>", line 0
  7.     ^
  8. SyntaxError: unexpected EOF while parsing

上面的 raise 语句是不带参数的，它会把当前错误原样抛出。事实上，我们也创建自己的异常类，并抛出自定义的异常。

创建自定义的异常类需要从 Exception 类继承，可以间接继承或直接继承，也就是可以继承其他的内建异常类。比如：

  1. # 自定义异常类
  2. class SomeError(Exception):
  3.     pass
  5. try:
  6.     x = input('Enter x: ')
  7.     y = input('Enter y: ')
  8.     print x / y
  9. except ZeroDivisionError as e:
  10.     print 'ZeroDivisionError:',e
  11. except TypeError as e:
  12.     print 'TypeError:',e
  13. except BaseException as e:
  14.     print 'BaseException:',e
  15.     raise SomeError('invalid value')    # 抛出自定义的异常
  16. else:
  17.     print 'no error!'
  19. print 'hello world'

运行上面代码，当 x 输入一个回车键时，错误被打印出来，并抛出我们自定义的异常：

  1. Enter x: 
  2. BaseException: unexpected EOF while parsing (<string>, line 0)
  3. ----------------------------------------------------------------------
  4. SomeError                            Traceback (most recent call last)
  5. <ipython-input-20-66060b472f91> in <module>()
  6.      12 except BaseException as e:
  7.      13     print 'BaseException:',e
  8. ---> 14     raise SomeError('invalid value')
  9.      15 else:
  10.      16     print 'no error!'
  12. SomeError: invalid value

小结

  • Python 中所有的异常类都是从 BaseException 类派生的。
  • 通过 try/except 来捕捉异常，可以使用多个 except 子句来分别处理不同的异常。
  • else 子句在主 try 块没有引发异常的情况下被执行。
  • finally 子句不管是否发生异常都会被执行。
  • 通过继承 Exception 类可以创建自己的异常类。

参考资料