Python3之错误处理

　　在程序运行的过程中，如果发生了错误，可以事先约定返回一个错误代码,这样，就可以知道是否有错，以及错误的原因。在操作系统提供的调用中，返回错误码非常常见。比如打开文件的函数open(),成功时返回文件描述符（就是一个整数），出错时返回-1

　　用错误码来表示是否出错十分不便，因为函数本身应该返回的正确结果和错误码混在一起，造成调用者必须用大量代码来判断是否出错：

　　error.py

def some_function():
    return (-1)
def foo():
    r=some_function()
    if r==(-1):
        return (-1)
    return r
def bar():
    r=foo()
    if r==(-1):
        print('Error')
    else:
        pass

bar()

　　调用函数bar()执行r=foo()调用函数foo() some_function()模拟返回错误码-1，所以打印出错误代码Error

　　运行结果

Error

　　一旦出错，还要一级一级上报，直到某个函数可以处理该错误（比如，给用户输出一个错误信息）。

　　所以高级语言通常都内置了一套try...except...finally..错误处理机制，Python也不例外

　　try　

　　看看try的机制 do_try.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

try:
    print('try...')
    r = 10 / 0
    print('result:', r)
except ZeroDivisionError as e:
    print('except:', e)
finally:
    print('finally...')
print('END')

　　当我们认为某些代码可能会出错时，就可以用try来运行这段代码，如果执行出错，则后续代码不会继续执行，而是直接跳转之错误处理代码，即except语句块，执行完except后，如果有finally语句块，则执行finally语句块，至此，执行完毕

　　上面代码在计算10/0时会产生一个除法运算错误

try...
except: division by zero
finally...
END

　　从输出可以看出，当错误发生时，后续语句print('result:',r)不会被执行，except由于捕获到ZeroDivisionError，因此被执行。最后，finally语句被执行

　　如果把除数0改为2则执行结果如下

try...
result: 5.0
finally...
END

　　由于没有错误发生，所以except语句块不会被执行，但是finally如果有，则一定会被执行（可以没有finally语句）。

　　错误还有很多种类，如果发生了不同类型的错误，应该由不同的except语句块出来。可以有多个except来捕获不同类型的错误：

try:
    print('try...')
    r = 10 / int('a')
    print('result:', r)
except ValueError as e:
    print('ValueError',e)
except ZeroDivisionError as e:
    print('except:', e)
finally:
    print('finally...')
print('END')

　　int()函数可能会抛出ValueError错误，所以我们用一个except捕获ValueError错误，用另一个except捕获ZeroDivisionError

　　运行结果

try...
ValueError invalid literal for int() with base 10: 'a'
finally...
END

　　如果没有错误发生，可以在except语句块后加一个else，当没有错误发生时，会自动执行else语句

try:
    print('try...')
    r = 10 / int('2')
    print('result:', r)
except ValueError as e:
    print('ValueError',e)
except ZeroDivisionError as e:
    print('except:', e)
else:
    print('no error!')
finally:
    print('finally...')
print('END')

　　运行结果

try...
result: 5.0
no error!
finally...
END

　　python的错误其实也是class，所有的错误类型都继承自BaseException，所以在使用except时，需要注意的是，它不但捕获该类型的错误，还把其子类也一网打尽，比如

try:
    foo()
except ValueError as e:
    print('ValueError')
except UnicodeError as e:
    print('UnicodeError')

　　第二个except永远也捕获不到UnicodeError，因为UnicodeError是ValueError的子类，如果有，也被第一个except给捕获了。

　　Python所有的错误都是从BaseException类派生的，常见的错误类型和继承关系看这里：

　　https://docs.python.org/3/library/exceptions.html#exception-hierarchy

　　使用try..eccept捕获错误还有一个巨大好处，就是可以跨越多层调用，比如满是main()调用foo(),foo()调用bar(),结果bar()出错了，这时只要main()捕获到了，就可以处理

　　err1.py

def foo(s):
    return 10 / int(s)
def bar(s):
    return foo(s)*2
def main():
    try:
        bar('0')
    except Exception as e:
        print('Error:',e)
    finally:
        print('finally..')

main()

　　执行结果

Error: division by zero
finally..

　　也就是说，不需要在每个可能出错的地方去捕获错误，只要在合适的层次去捕获错误就可以了。这样一来，就大大减少了写try...except...finally的麻烦。

　　

　　调用栈

　　如果错误没有被捕获，它会一直往上抛，最后被python解释器捕获，打印一个错误信息，然后程序退出。

　　err.py

# err.py
def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    bar('0')

main()

　　执行结果如下

Traceback (most recent call last):
  File "err.py", line 11, in <module>
    main()
  File "err.py", line 9, in main
    bar('0')
  File "err.py", line 6, in bar
    return foo(s) * 2
  File "err.py", line 3, in foo
    return 10 / int(s)
ZeroDivisionError: division by zero

　　出错并不可怕，可怕的是不知道哪里出错了。解读错误信息是定位错误的关键。我们从上往下可以看到整个错误的调用函数链：

　　错误信息第1行：

Traceback (most recent call last):

　　告诉我们这是错误跟踪信息

　　第2,3行

File "err.py", line 11, in <module>
    main()

　　调用main()出错了，在代码文件err.py的第11行代码，但原因是第9行

File "err.py", line 9, in main
    bar('0')

　　调用bar('0')出错了，在代码文件err.py的第9行代码，但原因是第6行

 File "err.py", line 6, in bar
    return foo(s) * 2

　　原因是return foo(s) * 2这个语句出错了，但这还不是最终原因，继续往下看：

File "err.py", line 3, in foo
    return 10 / int(s)

　　原因是return 10 / int(s)这个语句出错了，这是错误产生的源头，因为下面打印了：

ZeroDivisionError: division by zero

　　根据错误类型ZeroDivisionError，我们判断，int(s)本身并没有出错，但是int(s)返回0，在计算10 / 0时出错，至此，找到错误源头。

　　记录错误

　　如果不捕获错误，自然可以让python解释器打印出错误堆栈，但程序也被结束了。既然我们能捕获错误，就可以把错误栈打印出来，然后分析错误原因，同时，让程序继续执行下去

　　python内置的logging模块可以非常容易滴记录错误信息

　　err_logging.py

# err_logging.py

import logging

def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    try:
        bar('0')
    except Exception as e:
        logging.exception(e)

main()
print('END')

　　同样是出错，但程序打印完错误信息会继续执行，并正常退出

ERROR:root:division by zero
Traceback (most recent call last):
  File "err_logging.py", line 13, in main
    bar('0')
  File "err_logging.py", line 9, in bar
    return foo(s) * 2
  File "err_logging.py", line 6, in foo
    return 10 / int(s)
ZeroDivisionError: division by zero
END

　　通过配置，logging还可以把错误记录到日志文件里，方便事后排查

　　抛出错误

　　因为错误是class，捕获一个错误就是捕获到该class的一个实例。因此，错误并不是凭空产生的，而是有意创建并抛出的。python的内置函数会抛出很多类型的错误，我们自己编写的函数也可以抛出错误。

　　如果要抛出错误，首先根据需要，可以定义一个错误class，选择好继承关系，然后，用raise语句抛出一个错误的实例：

　　err_raise.py

# err_raise.py
class FooError(ValueError):
    pass

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise FooError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

foo('0')

　　执行，可以最后跟踪到我们自己定义的错误

Traceback (most recent call last):
  File "err_raise.py", line 11, in <module>
    foo('0')
  File "err_raise.py", line 8, in foo
    raise FooError('invalid value: %s' % s)
__main__.FooError: invalid value: 0

　　只有在必要的时候才定义我们自己的错误类型。如果可以选择Python已有的内置的错误类型（比如ValueError，TypeError），尽量使用Python内置的错误类型。

　　最后，我们来看另一种错误处理的方式：

　　err_reraise.py

# err_reraise.py

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise ValueError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

def bar():
    try:
        foo('0')
    except ValueError as e:
        print('ValueError!')
        raise

bar()

　　运行结果

ValueError!
Traceback (most recent call last):
  File "err_reraise.py", line 16, in <module>
    bar()
  File "err_reraise.py", line 11, in bar
    foo('0')
  File "err_reraise.py", line 6, in foo
    raise ValueError('invalid value: %s' % s)
ValueError: invalid value: 0

　　

　　在bar()函数中，我们明明已经捕获了错误，但是，打印一个ValueError!后，又把错误通过raise语句抛出去了，这不有病么？

　　其实这种错误处理方式不但没病，而且相当常见。捕获错误目的只是记录一下，便于后续追踪。但是，由于当前函数不知道应该怎么处理该错误，所以，最恰当的方式是继续往上抛，让顶层调用者去处理。好比一个员工处理不了一个问题时，就把问题抛给他的老板，如果他的老板也处理不了，就一直往上抛，最终会抛给CEO去处理

　　raise语句如果不带参数，就会把当前错误原样抛出。此外，在except中raise一个Error，还可以把一种类型的错误转化成另一种类型

try:
  10/0
except ZeroDivisionError:
  raise ValueError('Input Error')

　　只要是合理的转换逻辑就可以，但是，决不应该把一个IOError转换成毫不相干的ValueError。

　　练习

　　运行下面的代码，根据异常信息进行分析，定位出错误源头，并修复：

　　err2

from functools import reduce

def str2num(s):
    return int(s)

def calc(exp):
    ss = exp.split('+')
    ns = map(str2num, ss)
    return reduce(lambda acc, x: acc + x, ns)

def main():
    r = calc('100 + 200 + 345')
    print('100 + 200 + 345 =', r)
    r = calc('99 + 88 + 7.6')
    print('99 + 88 + 7.6 =', r)

main()

　　运行报错如下

100 + 200 + 345 = 645
Traceback (most recent call last):
  File "err2.py", line 17, in <module>
    main()
  File "err2.py", line 14, in main
    r = calc('99 + 88 + 7.6')
  File "err2.py", line 9, in calc
    return reduce(lambda acc, x: acc + x, ns)
  File "err2.py", line 4, in str2num
    return int(s)
ValueError: invalid literal for int() with base 10: ' 7.6'

　　int必须接参数为整数不能为浮点数，所以7.6需要修改成整数