【Python】详解 try-except-else-finally 语句 —— 异常处理完全解读(上)
目录
一、绪论
二、异常捕获 (Exception catching)
2.1 try-except 语句
2.1.1 基本用法
2.1.2 指定异常类型
2.1.3 小结
2.2 try-except-else 语句
2.3 try-except-else-finally 语句
2.4 小结
三、异常抛出 (Exception raising)
四、异常自定义 (Exception customizing)
五、预定义的清理行为 (with 语句)
六、断言 (Asserting)
七、小结 (Summary)
一、绪论不同于语法错法错误 (解析错误)，调试 Python 程序时，即便语句或表达式的语法正确，也可能在执行时引发错误。在执行时检测到的错误称为异常，异常也是 Python 对象，表示一个错误。
异常虽不一定会导致严重后果，但大多数异常并不会被程序处理。当 Python 脚本发生异常时，程序将终止执行，并显示各种回溯 (Traceback) 信息。Traceback 是 Python 错误信息的报告，类似于其他编程语言中的 stack trace，stack traceback，backtrac 等。Traceback 的前一部分以堆栈回溯的形式显示发生异常时的上下文，并由语法分析器指示出错的行，而最后一行则声明程序的错误类型信息。
尤其是在读写文件时，很多地方都可能导致错误发生。例如，试图读取一个不存在的文件或目录时，将得到一个找不到文件的错误 (FileNotFoundError)：
>>> fin = open('test.py')
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
fin = open('test.py')
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'test.py'
关于异常的原因，一方面，可能源自个人疏忽与考虑不周，此时需要根据异常 Traceback 到出错位置并分析改正；另一方面，有些异常无法预料或不可避免，此时可选择捕获异常并处理，从而避免程序的意外终止。
二、异常捕获 (Exception catching)
使用 try 语句 是最基本的异常捕获方法，其常见的搭配形式 (关键词组合) 有：
try-except
try-except-else
try-except-else-finally
当然，关键词的选用与搭配实质还是取决于个人需求，以下将根据上述顺序依次递进说明：
2.1 try-except 语句
2.1.1 基本用法
try-except 语句的基本语法规则为：
try:
# 执行要尝试 (try) 的代码
except：
# 执行应对异常发生时的代码
try-except 语句用于检测 try 子句(块) 中的错误，从而令 except 语句(块) 捕获异常信息并作出应对和处理。具体而言，Python 从 try 子句开始执行，若一切正常，则跳过 except 子句；若发生异常，则跳出 try 子句，执行 except 子句。
延续上节例子 —— 捕获读取一个不存在的文件/目录的异常：
>>> try:
fin = open('test.py') # 不存在的文件
print('Everything went well!') # 打印顺利运行提示信息
except:
print('Something went wrong!') # 处理异常方式：打印错误提示信息
Something went wrong!
可见异常被捕获了，IDLE 并未打印 Traceback 信息，而是打印了我们自定义的 except 子句中的错误提示信息。然而，本例中的 except 子句仅仅是简单地提示了错误。实际上，可以根据需求设计更多具有实用修正/弥补功能的 except 子句。
另一方面，若文件/目录存在，则将顺利执行完 try 子句并跳过 except 子句：
>>> try:
fin = open('train.py') # 实际存在的文件
print('Everything went well!') # 打印顺利运行提示信息
except:
print('Something went wrong!') # 处理异常方式：打印错误提示信息
Everything went well!
2.1.2 指定异常类型
因为 except 子句默认捕获的异常类型是 Exception，所以 except 子句总是捕获所有异常。
>>> try:
fin = open('test.py')
print('Everything went well!')
except Exception: # 不指定 Exception 也一样
print('Something went wrong!')
Something went wrong!
但若有特殊需要，也可指定 except 子句捕获的异常类型，例如：
>>> try:
fin = open('test.py')
print('Everything went well!')
except FileNotFoundError:
print('Something went wrong!')
Something went wrong!
关于异常类型指定，既可以后知后觉 —— 根据 Trackback 指出的错误，也可以先知先觉 —— 查文档选定以防不测。但注意，倘若发生了未指定到的异常类型 (通常源于误指定或漏指定导致异常类型不匹配)，则异常仍会发生：
>>> try:
fin = open('test.py')
print('Everything went well!')
except KeyError: # 虽然可以 catch KeyError, 但发生了 FileNotFoundError
print('Something went wrong!')
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
fin = open('test.py')
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'test.py'
因此，若仅需要捕获异常，不指定 except 语句捕获的异常类型将更为保险和省事 (毕竟异常类型辣么多...)。
与此同时，若要捕获处理指定类型异常，一方面，可以将需要捕获的异常类型全都放在同一个 tuple 中：
>>> try:
fin = open('eval.py')
print('Everything goes well!')
except (FileExistsError, FileNotFoundError): # 异常类型 tuple
print('There is a FileExistsError or FileNotFoundError!')
There is a FileExistsError or FileNotFoundError!
这样做的优点是简洁明了，统一捕获异常处理；缺点是不能够“特事特办” —— except 子句的异常处理将缺乏针对性。
为实现对多种不同的特定类型异常的分别捕获处理，可以令一个 try 语句对应多个 except 语句，例如：
>>> try:
fin = open('eval.py')
print('Everything goes well!')
except FileExistsError: # 捕获特定类型异常
print('There is a FileExistsError!')
except FileNotFoundError: # 捕获特定类型异常
print('There is a FileNotFoundError!')
There is a FileNotFoundError!
多个 except 子句串行执行，对于异常 “有则捕获，无则通过”。注意，若发生的异常和 except 子句指定的异常类是同一个类或者是其基类，则可以兼容并照常捕获处理 (比如异常指定为 Exception 时可捕获大部分的异常，因为所有内置的非系统退出类异常/用户自定义异常都派生自此类)，但反之不成立 (except 子句指定的异常是实际发生异常的子类/派生类时则无法捕获)。
此外，还可以使用 as 关键字指定 except 语句所捕获异常的别名，
>>> try:
fin = open('eval.py')
print('Everything goes well!')
except FileNotFoundError as error: # as 关键字指定异常别名
print("Error information:{0}".format(error))
Error information:[Errno 2] No such file or directory: 'eval.py'
2.1.3 小结
总而言之，常见的用法仍是：令前面的 except 子句指定特定类型异常，令最后一个 except 子句忽略异常名以用作通配符，然后打印一个未知错误信息，并用 raise 关键字抛出异常。如下所示：
>>> import sys
>>> try:
fin = open('eval.py')
print('Everything goes well!')
except FileExistsError as error:
print("Error information:{0}".format(error))
except:
print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
raise # 抛出异常
Unexpected error:
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
fin = open('eval.py')
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'eval.py'
以上即为篇幅最大、最为基本而详实的用法说明。
2.2 try-except-else 语句
try 语句除了可以后跟一至多个 except 子句，还可以选用 else 子句。若使用 else 子句，则必须将其后接于 except 子句后，且只能有一个 else 子句。else 子句将在 try 子句未发生任何异常时执行。
>>> try:
fin = open('oneline.txt')
print('Everything goes well!')
except FileExistsError:
print('There is a FileExistsError!')
except FileNotFoundError:
print('There is a FileNotFoundError!')
else:
print(fin.readlines()) # 读取一行
fin.close() # 关闭/释放文件对象 fin
Everything goes well!
['I Love Python!']
上例顺利执行 try 语句，读取了一个只有一行的 txt 文件，打印出成功读取信息，并因此跳过各个 except 子句。然后，执行 else 子句，读取 txt 文件的一行内容并打印之，最后关闭 fin 文件对象。
通常，使用 else 子句比将所有语句都放在 try 语句中灵活性更强，效果更好，因为如此可避免一些难以预料且 except 无法捕获的异常。异常处理并不仅仅处理那些直接发生在 try 语句中的异常，而且还能处理子句中调用的函数 (甚至间接调用的函数) 里抛出的异常。例如：
>>> def wrong():
num = 6 / 0
>>> try:
wrong()
except ZeroDivisionError as error:
print('Handling run-time error:', error)
Handling run-time error: division by zero
总之，对于在 try子句不引发异常时必须执行的代码而言，else 子句很有用。
2.3 try-except-else-finally 语句
除了 else 子句，还有另一个常用可选子句 —— finally 子句。若使用 finally 子句，则必须将其后接于最后，且只能有一个 finally 子句。无论异常有无发生，finally 子句都将执行。因此，finally 子句常用于存放一些必定要执行的内容或操作，例如：
>>> try:
fin = open('oneline.txt')
print('Everything goes well!')
except FileExistsError:
print('There is a FileExistsError!')
except FileNotFoundError:
print('There is a FileNotFoundError!')
else:
print(fin.readlines())
fin.close()
finally:
print("Operations are Finished!")
Everything goes well!
['I Love Python!']
Operations are Finished!
finally 子句常用于定义无论在任何情况下都会执行的清理行为。若一个异常在 try 子句里 (或在 except 子句和 else 子句里) 被抛出，而又没有任何的 except 子句将其捕获，那么该异常将会在 finally 子句执行后被抛出。例如：
>>> def divide(x, y):
try:
result = x / y
except ZeroDivisionError:
print("division by zero!")
else:
print("the result is", result)
finally:
print("executing finally clause")
>>> divide('6', '3')
executing finally clause
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
divide('6', '3')
File "", line 3, in divide
result = x / y
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'
2.4 小结
try-except-else-finally 语句简图：
三、异常抛出 (Exception raising)
Python 通过 raise 语句强制抛出一个指定异常，其语法格式为：
raise [Exception [, args [, traceback]]]
raise 的唯一参数即要抛出的指定异常，该参数必须是一个异常实例或异常类 (即派生自 Exception 的类)。若传递的是一个异常类，它将通过调用无参数的构造函数实现隐式实例化。
若只想确定是否抛出了异常而并不想去处理它，那么一个无参数的 raise 语句便可将当前在处理的异常再次抛出。例如：
>>> try:
raise NameError('HiThere') # 指定抛出异常名及其 Trackback 提示语
except NameError:
print('An exception flew by!')
An exception flew by!
# ------------------------------------------------------------------------------
>>> try:
raise NameError('Hello') # 指定抛出异常名及其 Trackback 提示语
except NameError:
print('An exception flew by!')
raise # 再次抛出, 对比上例
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
raise NameError('Hello')
NameError: Hello
如果令最后一个 raise 语句指定另一个类型的异常，则 Traceback 将按发生顺序显示这些串联的异常信息：
>>> try:
raise NameError('Hello')
except NameError:
print('An exception flew by!')
raise KeyError
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
File "", line 2, in
raise NameError('Hello')
NameError: Hello
During handling of the above exception, another exception occurred:
Traceback (most recent call last):
File "", line 5, in
raise KeyError
KeyError
此外，隐式的异常上下文还可通过使用 raise ... from ... 语句来补充显式的原因，限于篇幅不作详述。
总之，使用 raise 语句可引发内置异常，通常用于测试异常处理程序或报告错误条件。
四、异常自定义 (Exception customizing)
在 Python 中，所有异常必须为一个派生自 BaseException 的类的实例 (BaseException 是所有内置异常的基类)。在带有指定一个特定类的 except 子句的 try 语句中，该子句将处理派生自 BaseException 类的异常类 (但也有例外)。通过子类化创建的两个不相关异常类永远不等效的，即便二者名称相同。
除了 Python 内置异常类，还可以将内置异常类子类化以定义新的异常。因为 BaseException 类不应被用户自定义类直接继承，所以鼓励从 Exception 类或其子类来派生新的异常。
例如，可以直接或间接继承 Exception 类实现一个自定义的异常类：
>>> class MyError(Exception):
''' 自定义异常类需要继承自 Exception 类 '''
def __init__(self, value): # 重写父类 Exception 的构造方法 __init__() 以覆盖之
self.value = value
def __str__(self):
return repr(self.value)
>>> try:
raise MyError(6)
except MyError as error:
print('My exception occurred, value:', error.value)
My exception occurred, value: 6
自定义异常类可执行任何其他类能执行的任何操作，但实现时通常只提供许多属性和少量方法，以允许处理程序为异常提取有关错误的信息的同时确保简洁性。
此外，在创建可能引发多个不同异常的模块时，通常的做法是为该模块定义的各种异常创建一个基类 (作为基础的异常类)，然后基于该基类为不同的错误条件创建不同的子类。例如：
class Error(Exception):
"""Base class for exceptions in this module."""
pass
class InputError(Error):
"""Exception raised for errors in the input.
Attributes:
expression -- input expression in which the error occurred
message -- explanation of the error
"""
def __init__(self, expression, message):
self.expression = expression
self.message = message
class TransitionError(Error):
"""Raised when an operation attempts a state transition that's not
allowed.
Attributes:
previous -- state at beginning of transition
next -- attempted new state
message -- explanation of why the specific transition is not allowed
"""
def __init__(self, previous, next, message):
self.previous = previous
self.next = next
self.message = message
大多数异常的名称都定义为以 Error 结尾，类似于标准异常的命名。
五、预定义的清理行为 (with 语句)
在 Python 中，一些对象定义了在不再需要该对象时要执行的标准清理行为，无论使用该对象的操作成败与否。例如，下面的示例它尝试打开一个文件并打印其内容：
for line in open("test.txt"):
print(line, end="")
这段代码的问题在于，当执行完毕后，文件会在一段不确定的时间内保持打开状态，而未被显式地关闭！这在简单脚本中无所谓，但对较大的应用程序而言可能是个问题。
因为 with 语句可以实现资源的精确分配与释放，所有在本例场景下，with 语句能够保证诸如文件之类的对象在使用完后，一定会正确地执行其清理方法，例如：
>>> with open("train.txt") as f:
for line in f:
print(line, end="")
从而，执行完语句后，既便上述代码在处理过程中出现问题，也能够确保文件 f 总是被关闭。
关于上下文管理器 (Context manager) —— with 语句，详见【Python】详解 with 语句 —— 异常处理与完全解读(下)。
六、断言 (Asserting)
除了上述引发异常的方式，Python 中还有一个 assert 断言语句能够触发异常。 assert 语句常用于判断表达式，并在表达式条件为 False 时触发异常 (准确地说是表达式的 bool 逻辑值为 False 时)。其语法格式为：
assert expression
实质等价于：
if not expression:
raise AssertionError
例如：
>>> assert True
>>> assert False # 表达式的 bool 逻辑值为 False 将引发异常
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
assert False
AssertionError
>>> assert 1 > 0
>>> assert 1 < 0 # 表达式的 bool 逻辑值为 False 将引发异常
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
assert 1 < 0
AssertionError
与此同时，assert 后也可指定参数：
assert expression [, arguments]
实质等价于：
if not expression:
raise AssertionError(arguments)
例如：
>>> assert 1 == 0, '1 is not equal to 0'
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
assert 1 == 0, '1 is not equal to 0'
AssertionError: 1 is not equal to 0
总之，assert 语句能够在条件不满足程序运行的情况下直接返回错误，而不必等待程序运行后出现崩溃的情况。例如，某代码只能在 Linux 下运行，于是可以先判断当前系统是否符合条件：
import sys
assert ('linux' in sys.platform), "该代码只能在 Linux 下执行"
# 接下来要执行的代码
七、小结 (Summary)
本文中主要说明的 Python 异常相关常见关键字 (还有 assert 用于断言)：
参考文献：
《Think Python 2e》、《Python Immediate》
https://docs.python.org/zh-cn/3.6/tutorial/errors.html?highlight=异常
https://docs.python.org/zh-cn/3.6/library/exceptions.html?highlight=异常
https://www.runoob.com/python3/python3-errors-execptions.html
https://www.runoob.com/python/python-exceptions.html
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1630856225859243901&wfr=spider&for=pc
https://www.runoob.com/python3/python3-assert.html
棠雪清风
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作者：棠雪清风
