8. 错误和异常

至此，本教程还未深入介绍错误信息，但如果您输入过本教程前文中的例子，应该已经看到过一些错误信息。目前，（至少）有两种不同错误：句法错误 和 异常。

8.1. 句法错误

句法错误又称解析错误，是学习 Python 时最常见的错误：

  1. >>> while True print('Hello world')
  2.   File "<stdin>", line 1
  3.     while True print('Hello world')
  4.                    ^
  5. SyntaxError: invalid syntax

解析器会复现出现句法错误的代码行，并用小“箭头”指向行里检测到的第一个错误。错误是由箭头 上方 的 token 触发的（至少是在这里检测出的）：本例中，在 print() 函数中检测到错误，因为，在它前面缺少冒号（':'） 。错误信息还输出文件名与行号，在使用脚本文件时，就可以知道去哪里查错。

8.2. 异常

即使语句或表达式使用了正确的语法，执行时仍可能触发错误。执行时检测到的错误称为 异常，异常不一定导致严重的后果：很快我们就能学会如何处理 Python 的异常。大多数异常不会被程序处理，而是显示下列错误信息：

  1. >>> 10 * (1/0)
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  4. ZeroDivisionError: division by zero
  5. >>> 4 + spam*3
  6. Traceback (most recent call last):
  7.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  8. NameError: name 'spam' is not defined
  9. >>> '2' + 2
  10. Traceback (most recent call last):
  11.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  12. TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

错误信息的最后一行说明程序遇到了什么类型的错误。异常有不同的类型，而类型名称会作为错误信息的一部分中打印出来：上述示例中的异常类型依次是：ZeroDivisionError， NameError 和 TypeError。作为异常类型打印的字符串是发生的内置异常的名称。对于所有内置异常都是如此，但对于用户定义的异常则不一定如此（虽然这种规范很有用）。标准的异常类型是内置的标识符（不是保留关键字）。

此行其余部分根据异常类型，结合出错原因，说明错误细节。

错误信息开头用堆栈回溯形式展示发生异常的语境。一般会列出源代码行的堆栈回溯；但不会显示从标准输入读取的行。

内置异常 列出了内置异常及其含义。

8.3. 处理异常

可以编写程序处理选定的异常。下例会要求用户一直输入内容，直到输入有效的整数，但允许用户中断程序（使用 Control-C 或操作系统支持的其他操作）；注意，用户中断程序会触发 KeyboardInterrupt 异常。

  1. >>> while True:
  2. ...     try:
  3. ...         x = int(input("Please enter a number: "))
  4. ...         break
  5. ...     except ValueError:
  6. ...         print("Oops!  That was no valid number.  Try again...")
  7. ...

try 语句的工作原理如下：

  • 首先，执行 try 子句 （try 和 except 关键字之间的（多行）语句）。

  • 如果没有触发异常，则跳过 except 子句，try 语句执行完毕。

  • 如果执行 try 子句时发生了异常，则跳过该子句中剩下的部分。如果异常的类型与 except 关键字后面的异常匹配，则执行 except 子句，然后，继续执行 try 语句之后的代码。

  • 如果发生的异常不是 except 子句中列示的异常，则将其传递到外部的 try 语句中；如果没有找到处理程序，则它是一个 未处理异常，语句执行将终止，并显示如上所示的消息。

try 语句可以有多个 except 子句，可为不同异常指定相应的处理程序。但最多只会执行一个处理程序。处理程序只处理对应的 try 子句中发生的异常，而不处理同一 try 语句内其他处理程序中的异常。except 子句可以用元组命名多个异常，例如：

  1. ... except (RuntimeError, TypeError, NameError):
  2. ...     pass

发生的异常与 except 子句中的类是同一个类或是它的基类时，异常与 except 子句中的类兼容（反之则不成立 —- 列出派生类的 except 子句与基类不兼容）。例如，下面的代码依次输出 B, C, D：

  1. class B(Exception):
  2.     pass
  4. class C(B):
  5.     pass
  7. class D(C):
  8.     pass
  10. for cls in [B, C, D]:
  11.     try:
  12.         raise cls()
  13.     except D:
  14.         print("D")
  15.     except C:
  16.         print("C")
  17.     except B:
  18.         print("B")

注意，如果颠倒 except 子句的顺序（把 except B 放到第一个），则输出 B，B，B —- 即触发第一个匹配的 except 子句。

最后的 except 子句可以省略异常名，以用作通配符。但应谨慎使用，这种方式很容易掩盖真正的编程错误！它还可用于输出错误消息，然后重新触发异常（同样允许调用者处理异常）：

  1. import sys
  3. try:
  4.     f = open('myfile.txt')
  5.     s = f.readline()
  6.     i = int(s.strip())
  7. except OSError as err:
  8.     print("OS error: {0}".format(err))
  9. except ValueError:
  10.     print("Could not convert data to an integer.")
  11. except:
  12.     print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
  13.     raise

try … except 语句支持可选的 else 子句，该子句必须放在所有 except 子句之后。如果 try 子句没有触发异常，但又必须执行一些代码时，这个子句很有用。例如：

  1. for arg in sys.argv[1:]:
  2.     try:
  3.         f = open(arg, 'r')
  4.     except OSError:
  5.         print('cannot open', arg)
  6.     else:
  7.         print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
  8.         f.close()

使用 else 子句比向 try 子句添加额外的代码要好，可以避免意外捕获非 try … except 语句保护的代码触发的异常。

发生异常时，它可能具有关联值，即异常 参数 。是否需要参数，以及参数的类型取决于异常的类型。

except 子句可以在异常名称后面指定一个变量。这个变量和一个异常实例绑定，它的参数存储在 instance.args 中。为了方便起见，异常实例定义了 __str__() ，因此可以直接打印参数而无需引用 .args 。也可以在抛出之前首先实例化异常，并根据需要向其添加任何属性。:

  1. >>> try:
  2. ...     raise Exception('spam', 'eggs')
  3. ... except Exception as inst:
  4. ...     print(type(inst))    # the exception instance
  5. ...     print(inst.args)     # arguments stored in .args
  6. ...     print(inst)          # __str__ allows args to be printed directly,
  7. ...                          # but may be overridden in exception subclasses
  8. ...     x, y = inst.args     # unpack args
  9. ...     print('x =', x)
  10. ...     print('y =', y)
  11. ...
  12. <class 'Exception'>
  13. ('spam', 'eggs')
  14. ('spam', 'eggs')
  15. x = spam
  16. y = eggs

如果异常有参数，则它们将作为未处理异常的消息的最后一部分（’详细信息’）打印。

异常处理程序不仅处理 try 子句中遇到的异常，还处理 try 子句中调用（即使是间接地）的函数内部发生的异常。例如:

  1. >>> def this_fails():
  2. ...     x = 1/0
  3. ...
  4. >>> try:
  5. ...     this_fails()
  6. ... except ZeroDivisionError as err:
  7. ...     print('Handling run-time error:', err)
  8. ...
  9. Handling run-time error: division by zero

8.4. 触发异常

raise 语句支持强制触发指定的异常。例如：

  1. >>> raise NameError('HiThere')
  2. Traceback (most recent call last):
  3.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  4. NameError: HiThere

raise 唯一的参数就是要触发的异常。这个参数必须是异常实例或异常类（派生自 Exception 类）。如果传递的是异常类，将通过调用没有参数的构造函数来隐式实例化：

  1. raise ValueError  # shorthand for 'raise ValueError()'

如果只想判断是否触发了异常，但并不打算处理该异常，则可以使用更简单的 raise 语句重新触发异常：

  1. >>> try:
  2. ...     raise NameError('HiThere')
  3. ... except NameError:
  4. ...     print('An exception flew by!')
  5. ...     raise
  6. ...
  7. An exception flew by!
  8. Traceback (most recent call last):
  9.   File "<stdin>", line 2, in <module>
  10. NameError: HiThere

8.5. 异常链

raise 语句支持可选的 from 子句，该子句用于启用链式异常。 例如：

  1. # exc must be exception instance or None.
  2. raise RuntimeError from exc

转换异常时，这种方式很有用。例如：

  1. >>> def func():
  2. ...     raise IOError
  3. ...
  4. >>> try:
  5. ...     func()
  6. ... except IOError as exc:
  7. ...     raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
  8. ...
  9. Traceback (most recent call last):
  10.   File "<stdin>", line 2, in <module>
  11.   File "<stdin>", line 2, in func
  12. OSError
  14. The above exception was the direct cause of the following exception:
  16. Traceback (most recent call last):
  17.   File "<stdin>", line 4, in <module>
  18. RuntimeError: Failed to open database

异常链在 except 或 finally 子句触发异常时自动生成。禁用异常链可使用 from None 习语：

  1. >>> try:
  2. ...     open('database.sqlite')
  3. ... except OSError:
  4. ...     raise RuntimeError from None
  5. ...
  6. Traceback (most recent call last):
  7.   File "<stdin>", line 4, in <module>
  8. RuntimeError

异常链机制详见 内置异常。

8.6. 用户自定义异常

程序可以通过创建新的异常类命名自己的异常（Python 类的内容详见 类）。不论是以直接还是间接的方式，异常都应从 Exception 类派生。

异常类和其他类一样，可以执行任何操作。但通常会比较简单，只提供让处理异常的程序提取错误信息的一些属性。创建能触发多个不同错误的模块时，一般只为该模块定义异常基类，然后再根据不同的错误条件，创建指定异常类的子类：

  1. class Error(Exception):
  2.     """Base class for exceptions in this module."""
  3.     pass
  5. class InputError(Error):
  6.     """Exception raised for errors in the input.
  8.     Attributes:
  9.         expression -- input expression in which the error occurred
  10.         message -- explanation of the error
  11.     """
  13.     def __init__(self, expression, message):
  14.         self.expression = expression
  15.         self.message = message
  17. class TransitionError(Error):
  18.     """Raised when an operation attempts a state transition that's not
  19.     allowed.
  21.     Attributes:
  22.         previous -- state at beginning of transition
  23.         next -- attempted new state
  24.         message -- explanation of why the specific transition is not allowed
  25.     """
  27.     def __init__(self, previous, next, message):
  28.         self.previous = previous
  29.         self.next = next
  30.         self.message = message

大多数异常命名都以 “Error” 结尾，类似标准异常的命名。

许多标准模块都需要自定义异常，以报告由其定义的函数中出现的错误。有关类的说明，详见 类。

8.7. 定义清理操作

try 语句还有一个可选子句，用于定义在所有情况下都必须要执行的清理操作。例如：

  1. >>> try:
  2. ...     raise KeyboardInterrupt
  3. ... finally:
  4. ...     print('Goodbye, world!')
  5. ...
  6. Goodbye, world!
  7. KeyboardInterrupt
  8. Traceback (most recent call last):
  9.   File "<stdin>", line 2, in <module>

如果存在 finally 子句，则 finally 子句是 try 语句结束前执行的最后一项任务。不论 try 语句是否触发异常，都会执行 finally 子句。以下内容介绍了几种比较复杂的触发异常情景：

  • 如果执行 try 子句期间触发了某个异常，则某个 except 子句应处理该异常。如果该异常没有 except 子句处理，在 finally 子句执行后会被重新触发。

  • except 或 else 子句执行期间也会触发异常。 同样，该异常会在 finally 子句执行之后被重新触发。

  • 如果 finally 子句中包含 break、continue 或 return 等语句，异常将不会被重新引发。

  • 如果执行 try 语句时遇到 break,、continue 或 return 语句，则 finally 子句在执行 break、continue 或 return 语句之前执行。

  • 如果 finally 子句中包含 return 语句，则返回值来自 finally 子句的某个 return 语句的返回值，而不是来自 try 子句的 return 语句的返回值。

例如：

  1. >>> def bool_return():
  2. ...     try:
  3. ...         return True
  4. ...     finally:
  5. ...         return False
  6. ...
  7. >>> bool_return()
  8. False

这是一个比较复杂的例子：

  1. >>> def divide(x, y):
  2. ...     try:
  3. ...         result = x / y
  4. ...     except ZeroDivisionError:
  5. ...         print("division by zero!")
  6. ...     else:
  7. ...         print("result is", result)
  8. ...     finally:
  9. ...         print("executing finally clause")
  10. ...
  11. >>> divide(2, 1)
  12. result is 2.0
  13. executing finally clause
  14. >>> divide(2, 0)
  15. division by zero!
  16. executing finally clause
  17. >>> divide("2", "1")
  18. executing finally clause
  19. Traceback (most recent call last):
  20.   File "<stdin>", line 1, in <module>
  21.   File "<stdin>", line 3, in divide
  22. TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

如上所示，任何情况下都会执行 finally 子句。except 子句不处理两个字符串相除触发的 TypeError，因此会在 finally 子句执行后被重新触发。

在实际应用程序中，finally 子句对于释放外部资源（例如文件或者网络连接）非常有用，无论是否成功使用资源。

8.8. 预定义的清理操作

某些对象定义了不需要该对象时要执行的标准清理操作。无论使用该对象的操作是否成功，都会执行清理操作。比如，下例要打开一个文件，并输出文件内容：

  1. for line in open("myfile.txt"):
  2.     print(line, end="")

这个代码的问题在于，执行完代码后，文件在一段不确定的时间内处于打开状态。在简单脚本中这没有问题，但对于较大的应用程序来说可能会出问题。with 语句支持以及时、正确的清理的方式使用文件对象：

  1. with open("myfile.txt") as f:
  2.     for line in f:
  3.         print(line, end="")

语句执行完毕后，即使在处理行时遇到问题，都会关闭文件 f。和文件一样，支持预定义清理操作的对象会在文档中指出这一点。