python学习笔记014——错误和异常

Python有两种错误很容易辨认：语法错误和异常。

1 什么是语法错误

Python 的语法错误或者称之为解析错，是初学者经常碰到的，如下实例

if i>4
    print("if语句输出")

运行

  File "test.py", line 1
    if i>4
         ^
SyntaxError: invalid syntax

这段代码中，if 后面的语句没有冒号（：），被语法分析器指出了出错行，并在最先找到的错误处标记一个小小的箭头。

语法分析器指出了出错的一行，并且在最先找到的错误的位置标记了一个小小的箭头。

这个例子中，函数 print() 被检查到有错误，是它前面缺少了一个冒号（:）。

2 什么是异常

即使语法是正确的，但运行过程中也有可能发生错误。运行期检测到的错误被称为异常。

大多数的异常都不会被程序处理，都以错误信息的形式呈现出来。

不同的异常类型以不同的信息内容打印出来。

错误信息的前面部分显示了异常发生的上下文，并以调用栈的形式显示具体信息。

当异常发生时，程序不会再向下执行，而转去调用此函数地方待处理此错误并恢复为正常状态。

注意：虽然大多数错误会导致异常，但一个异常不一定代表错误，有时候它们只是一个警告，有时候它们可能是一个终止信号，比如退出循环等。

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有的错误是程序编写有问题造成的，比如本来应该输出整数结果输出了字符串，这种错误我们通常称之为bug，bug是必须修复的。

有的错误是用户输入造成的，比如让用户输入email地址，结果得到一个空字符串，这种错误可以通过检查用户输入来做相应的处理。

还有一类错误是完全无法在程序运行过程中预测的，比如写入文件的时候，磁盘满了，写不进去了，或者从网络抓取数据，网络突然断掉了。这类错误也称为异常，在程序中通常是必须处理的，否则，程序会因为各种问题终止并退出。

Python内置了一套异常处理机制，来帮助我们进行错误处理。

此外，我们也需要跟踪程序的执行，查看变量的值是否正确，这个过程称为调试。Python的pdb可以让我们以单步方式执行代码。

最后，编写测试也很重要。有了良好的测试，就可以在程序修改后反复运行，确保程序输出符合我们编写的测试

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3 异常的作用

通知上层调用有错误产生需要处理

用异常作为信号通知调用者

4 捕获异常

为了方便处理异常，高级语言通常都内置一套 try...except...finally... 的错误处理机制。

Python语言的 try 语句有两种语法结构

try-except  语句
try-finally  语句

4.1 try-except 语句

try:
    可能触发异常的语句:
except 错误类型 1 [as 变量1]:
    异常处理语句1
except 错误类型 2 [as 变量2]:
    异常处理语句2
except (错误类型3, 错误类型4,...) [as 变量4]:
    异常处理语句3
....
except:
    其它异常处理语句
else:
    末发生异常语句
finally:
    最终语句

示例：

def div(n):
    a = 10/n
    print("10/n = ",a)

try:
    get_num = int(input("请输入值："))
    div(get_num)

except ZeroDivisionError as a:
    print("零不能作为被除数")
    print('except',a)

except ValueError as a:
    print("非数字内容不能进行类型转换")
    print('except',a)

else:
    print("程序没有出现异常，一切OK!")
finally:
    print('finally...')
print('程序结束')

运行示例1

请输入值：2
10/n =  5.0
程序没有出现异常，一切OK!
finally...
程序结束

当程序正式运行时，代码中没有出现任何错误，则 else 中的内容会被执行， finally 中的语句会被执行，当然了，这两段代码是可以去掉的。

运行示例2

请输入值：0
零不能作为被除数
except division by zero
finally...
程序结束

当执行函数 div()  中的 a = 10/n 过程中发生错误时，会抛出异常，此时不向下执行，也即函数中语句 print("10/n = ",a) 不会输出出来。

由于 except  捕获到异常 ZeroDivisionError ，则执行该语句下面的内容，对异常进行处理，执行完毕后在执行 finally 语句。

这里as是绑定错误对象的变量，可以省略。

运行示例3

请输入值：a
非数字内容不能进行类型转换
except invalid literal for int() with base 10: 'a'
finally...
程序结束

同样当int()转换出现异常时，则不会再调用函数 div() ，而是抛出异常，而 except 捕捉到 ValueError 异常，接下来的处理过程与示例2类似。

4.1.1 try-except语法说明：

1）as 子句用于绑定错误对象的变量，可以省略

2）except 子句可以有一个或多个，但至少要有一个

3）else子句最多只能有一个，也可以省略不写

4）finally子句最多只能有一个，也可以省略不写

 4.1.2 try-except执行流程

1) 当try内的语句无错误时，执行正常流程，然后执行else子句和finally子句

2) 当try内的语句有异常发生时，所有正常流程终止，转去寻找包含此语句的try中的except部分。如果类型匹配则转为正常流程，否则异常状态会向上层传递

3) 无论是否有异常发生，finally子句永远会执行，else只有在正常的执行其后的句子

4.1.3 异常的抛出机制

1）如果在运行时发生异常，解释器会查找相应的处理语句（称为handler）.

2）要是在当前函数里没有找到的话，它会将异常传递给上层的调用函数，看看那里能不能处理。

3）如果在最外层（全局“main”）还是没有找到的话，解释器就会退出，同时打印出traceback以便让用户找到错误产生的原因。

4.2 try-finally 语句

4.2.1 语法

try:
    可能触发异常的语句
finally:
    最终语句

其实，该语句也可以理解成 try…except…finally 语句中的特殊情况，将中间 except 语句省去而成的。

这里的 finally 句子不能省略

4.2.2 作用

通常用try...finally语句来做触发异常时必须要处理的事情，备注：该语句不会改变程序的（正常/异常）状态

4.2.3 示例

def fry_egg():
    print("打开天燃气....")
    try:
        eggs = int(input("请输入鸡蛋个数: "))
        print("正在煎 ", eggs, "个鸡蛋")
        print("完成煎蛋")
    finally:
        print("关闭天燃气!!!!!")

fry_egg()

print("程序结束!")

运行（过程中输入1）

打开天燃气....
请输入鸡蛋个数: 1
正在煎  1 个鸡蛋
完成煎蛋
关闭天燃气!!!!!
程序结束!

或者（运行过程中输入a）

打开天燃气....
请输入鸡蛋个数: a
关闭天燃气!!!!!
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 10, in <module>
    fry_egg()
  File "test.py", line 4, in fry_egg
    eggs = int(input("请输入鸡蛋个数: "))
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'a'

通过这个可以知：无论怎么操作，finally 语句均可以执行。

这个语句也可以优化

def fry_egg():
    print("打开天燃气....")
    try:
        eggs = int(input("请输入鸡蛋个数: "))
        print("正在煎 ", eggs, "个鸡蛋")
        print("完成煎蛋")
    finally:
        print("关闭天燃气!!!!!")

try:
    fry_egg()
except:
    print("程序由异常转为正常状态了!!!!")

print("程序结束!")

运行（过程中输入1）

打开天燃气....
请输入鸡蛋个数: 1
正在煎  1 个鸡蛋
完成煎蛋
关闭天燃气!!!!!
程序结束!

或者（过程中输入a）

打开天燃气....
请输入鸡蛋个数: a
关闭天燃气!!!!!
程序由异常转为正常状态了!!!!
程序结束!

4.3 finally子句

为了更好地说明finally语句的作用，这里单独说明。

finally子句在try中无论捕获到异常均会执行该子句代码。这在类似文件关闭、释放锁、数据库连接返还给连接池等操作时非常重要。

如果我们把f.close语句放到finally语句中，无论是否有异常，都会正常关闭这个文件。

5 raise抛出异常

有时候在编写程序时会利用raise主动抛出异常。

生成一个错误， 让程序进入异常状态

语法：

raise 异常类型  或
raise 异常对象

示例：

>>> raise NameError    #抛出错误类型
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError

>>> raise NameError("这是一个名字错误")  #带有异常信息参数的错误类型
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: 这是一个名字错误

>>> i = 10
>>> raise NameError("这是一个名%d字错误"%i)  #异常对象信息进行初始化的参数
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: 这是一个名10字错误

>>> j = "一"
>>> raise NameError("这是%s个名字错误"%j)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: 这是一个名字错误

注：

执行raise语句时，Python会创建指定的异常类的一个对象。raise语句还可指定对异常对象进行初始化的参数。

尽管错误是通过raiser人为定义的，但是定义的异常类型必须是Python提供的。

6 assert 语句 (断言语句)

6.1 语法

assert expression[,reason]

expression 真值表达式

reason 错误数据(通常是字符串)

执行该语句时，先判断expression表达式是否为真，如果为真，则什么都不做，如果表达式不为真，则抛出异常——AssertionError 类型！

6.2 作用

当真值表达式为False 时，用错误数据创建一个 AssertionError 类型的错误，并进入异常状态
等同于：

if not 真值表达式:
raise AssertionError(错误数据)

6.3 示例

抛出 AssertionError 异常

>>> assert 1 == 1
>>> "
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError

示例 2 

def get_score():
    s = int(input("请输入学生成绩:"))
    assert 0 <= s <= 100, "成绩超出范围！"
    # 等同于如下语句
    # if not (0 <= s <= 100):
    #     raise AssertionError("成绩超出范围！")
    return s

try:
    score = get_score()
    print("您输入的成绩是: ", score)
except AssertionError:
    print("报告，有人作弊!!")
    score = 0

运行（过程中输入60）

请输入学生成绩:60
您输入的成绩是:  60

运行（过程中输入200）

请输入学生成绩:200
报告，有人作弊!!

7 Python常用的错误类型

ZeroDivisionError  除(或取模)零

StopIteration 迭代器没有更多的值

ImportError 导入模块对象失败

GeneratorExit 生成器发生异常通知退出

IndexError 序列中没有此索引

IndentationError 缩进错误

ValueError 传入无效的参数

NameError 末声明/初始化对象

AttributeError 对象没有这个属性

AssertionError 断言语句失败

IOError 输入/输出操作失败

打开 >>> help(__builtins__) 可以查看所有异常类型

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异常名称	描述
BaseException	所有异常的基类
SystemExit	解释器请求退出
KeyboardInterrupt	用户中断执行(通常是输入^C)
Exception	常规错误的基类
StopIteration	迭代器没有更多的值
GeneratorExit	生成器(generator)发生异常来通知退出
SystemExit	Python 解释器请求退出
StandardError	所有的内建标准异常的基类
ArithmeticError	所有数值计算错误的基类
FloatingPointError	浮点计算错误
OverflowError	数值运算超出最大限制
ZeroDivisionError	除(或取模)零 (所有数据类型)
AssertionError	断言语句失败
AttributeError	对象没有这个属性
EOFError	没有内建输入,到达EOF 标记
EnvironmentError	操作系统错误的基类
IOError	输入/输出操作失败
OSError	操作系统错误
WindowsError	系统调用失败
ImportError	导入模块/对象失败
KeyboardInterrupt	用户中断执行(通常是输入^C)
LookupError	无效数据查询的基类
IndexError	序列中没有没有此索引(index)
KeyError	映射中没有这个键
MemoryError	内存溢出错误(对于Python 解释器不是致命的)
NameError	未声明/初始化对象 (没有属性)
UnboundLocalError	访问未初始化的本地变量
ReferenceError	弱引用(Weak reference)试图访问已经垃圾回收了的对象
RuntimeError	一般的运行时错误
NotImplementedError	尚未实现的方法
SyntaxError	Python 语法错误
IndentationError	缩进错误
TabError	Tab 和空格混用
SystemError	一般的解释器系统错误
TypeError	对类型无效的操作
ValueError	传入无效的参数
UnicodeError	Unicode 相关的错误
UnicodeDecodeError	Unicode 解码时的错误
UnicodeEncodeError	Unicode 编码时错误
UnicodeTranslateError	Unicode 转换时错误
Warning	警告的基类
DeprecationWarning	关于被弃用的特征的警告
FutureWarning	关于构造将来语义会有改变的警告
OverflowWarning	旧的关于自动提升为长整型(long)的警告
PendingDeprecationWarning	关于特性将会被废弃的警告
RuntimeWarning	可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
SyntaxWarning	可疑的语法的警告
UserWarning	用户代码生成的警告

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Python 错误和异常小结

补充

1 异常多用在通知用。

2 当发生异常时，系统会层层拦截，如果在程序中没有拦截成功，则会通过内核来终止程序，抛出异常。

3 在程序调试过程中raise函数抛出异常可以和pdb调试程序联合使用