8. 錯(cuò)誤和異常

到目前為止，我們還沒(méi)有提到錯(cuò)誤消息，但是如果你已經(jīng)嘗試過(guò)那些例子，你可能已經(jīng)看過(guò)了一些錯(cuò)誤消息。 目前（至少）有兩種可區(qū)分的錯(cuò)誤：語(yǔ)法錯(cuò)誤 和 異常。

8.1. 語(yǔ)法錯(cuò)誤

語(yǔ)法錯(cuò)誤又稱(chēng)解析錯(cuò)誤，可能是你在學(xué)習(xí)Python 時(shí)最容易遇到的錯(cuò)誤:

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

解析器會(huì)輸出出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤的那一行，并顯示一個(gè)“箭頭”，指向這行里面檢測(cè)到的第一個(gè)錯(cuò)誤。 錯(cuò)誤是由箭頭指示的位置 上面 的 token 引起的（或者至少是在這里被檢測(cè)出的）：在示例中，在 print() 這個(gè)函數(shù)中檢測(cè)到了錯(cuò)誤，因?yàn)樵谒懊嫔倭藗€(gè)冒號(hào) (':') 。文件名和行號(hào)也會(huì)被輸出，以便輸入來(lái)自腳本文件時(shí)你能知道去哪檢查。

8.2. 異常

即使語(yǔ)句或表達(dá)式在語(yǔ)法上是正確的，但在嘗試執(zhí)行時(shí)，它仍可能會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤。 在執(zhí)行時(shí)檢測(cè)到的錯(cuò)誤被稱(chēng)為 異常，異常不一定會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果：你將很快學(xué)會(huì)如何在 Python 程序中處理它們。 但是，大多數(shù)異常并不會(huì)被程序處理，此時(shí)會(huì)顯示如下所示的錯(cuò)誤信息:

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

錯(cuò)誤信息的最后一行告訴我們程序遇到了什么類(lèi)型的錯(cuò)誤。異常有不同的類(lèi)型，而其類(lèi)型名稱(chēng)將會(huì)作為錯(cuò)誤信息的一部分中打印出來(lái)：上述示例中的異常類(lèi)型依次是：ZeroDivisionError， NameError 和 TypeError。作為異常類(lèi)型打印的字符串是發(fā)生的內(nèi)置異常的名稱(chēng)。對(duì)于所有內(nèi)置異常都是如此，但對(duì)于用戶(hù)定義的異常則不一定如此（雖然這是一個(gè)有用的規(guī)范）。標(biāo)準(zhǔn)的異常類(lèi)型是內(nèi)置的標(biāo)識(shí)符（而不是保留關(guān)鍵字）。

這一行的剩下的部分根據(jù)異常類(lèi)型及其原因提供詳細(xì)信息。

錯(cuò)誤信息的前一部分以堆?；厮莸男问斤@示發(fā)生異常時(shí)的上下文。通常它包含列出源代碼行的堆?；厮荩坏撬粫?huì)顯示從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取的行。

內(nèi)置異常 列出了內(nèi)置異常和它們的含義。

8.3. 處理異常

可以編寫(xiě)處理所選異常的程序。請(qǐng)看下面的例子，它會(huì)要求用戶(hù)一直輸入，直到輸入的是一個(gè)有效的整數(shù)，但允許用戶(hù)中斷程序（使用 Control-C 或操作系統(tǒng)支持的其他操作）；請(qǐng)注意用戶(hù)引起的中斷可以通過(guò)引發(fā) KeyboardInterrupt 異常來(lái)指示。:

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

try 語(yǔ)句的工作原理如下：

• 首先，執(zhí)行 try 子句 （try 和 except 關(guān)鍵字之間的（多行）語(yǔ)句）。

• 如果沒(méi)有異常發(fā)生，則跳過(guò) except 子句 并完成 try 語(yǔ)句的執(zhí)行。

• 如果在執(zhí)行 try 子句時(shí)發(fā)生了異常，則跳過(guò)該子句中剩下的部分。 然后，如果異常的類(lèi)型和 except 關(guān)鍵字后面的異常匹配，則執(zhí)行 except 子句，然后繼續(xù)執(zhí)行 try 語(yǔ)句之后的代碼。

• 如果發(fā)生的異常和 except 子句中指定的異常不匹配，則將其傳遞到外部的 try 語(yǔ)句中；如果沒(méi)有找到處理程序，則它是一個(gè) 未處理異常，執(zhí)行將停止并顯示如上所示的消息。

一個(gè) try 語(yǔ)句可能有多個(gè) except 子句，以指定不同異常的處理程序。 最多會(huì)執(zhí)行一個(gè)處理程序。 處理程序只處理相應(yīng)的 try 子句中發(fā)生的異常，而不處理同一 try 語(yǔ)句內(nèi)其他處理程序中的異常。 一個(gè) except 子句可以將多個(gè)異常命名為帶括號(hào)的元組，例如:

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

如果發(fā)生的異常和 except 子句中的類(lèi)是同一個(gè)類(lèi)或者是它的基類(lèi)，則異常和 except 子句中的類(lèi)是兼容的（但反過(guò)來(lái)則不成立 --- 列出派生類(lèi)的 except 子句與基類(lèi)不兼容）。 例如，下面的代碼將依次打印 B, C, D

class B(Exception):
    pass

class C(B):
    pass

class D(C):
    pass

for cls in [B, C, D]:
    try:
        raise cls()
    except D:
        print("D")
    except C:
        print("C")
    except B:
        print("B")

請(qǐng)注意如果 except 子句被顛倒（把 except B 放到第一個(gè)），它將打印 B，B，B --- 即第一個(gè)匹配的 except 子句被觸發(fā)。

最后的 except 子句可以省略異常名，以用作通配符。但請(qǐng)謹(jǐn)慎使用，因?yàn)橐赃@種方式很容易掩蓋真正的編程錯(cuò)誤！它還可用于打印錯(cuò)誤消息，然后重新引發(fā)異常（同樣允許調(diào)用者處理異常）:

import sys

try:
    f = open('myfile.txt')
    s = f.readline()
    i = int(s.strip())
except OSError as err:
    print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
    print("Could not convert data to an integer.")
except:
    print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
    raise

try ... except 語(yǔ)句有一個(gè)可選的 else 子句，在使用時(shí)必須放在所有的 except 子句后面。對(duì)于在 try 子句不引發(fā)異常時(shí)必須執(zhí)行的代碼來(lái)說(shuō)很有用。 例如:

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

使用 else 子句比向 try 子句添加額外的代碼要好，因?yàn)樗苊饬艘馔獠东@非 try ... except 語(yǔ)句保護(hù)的代碼引發(fā)的異常。

發(fā)生異常時(shí)，它可能具有關(guān)聯(lián)值，也稱(chēng)為異常 參數(shù) 。參數(shù)的存在和類(lèi)型取決于異常類(lèi)型。

except 子句可以在異常名稱(chēng)后面指定一個(gè)變量。這個(gè)變量和一個(gè)異常實(shí)例綁定，它的參數(shù)存儲(chǔ)在 instance.args 中。為了方便起見(jiàn)，異常實(shí)例定義了 __str__() ，因此可以直接打印參數(shù)而無(wú)需引用 .args 。也可以在拋出之前首先實(shí)例化異常，并根據(jù)需要向其添加任何屬性。:

>>> try:
...     raise Exception('spam', 'eggs')
... except Exception as inst:
...     print(type(inst))    # the exception instance
...     print(inst.args)     # arguments stored in .args
...     print(inst)          # __str__ allows args to be printed directly,
...                          # but may be overridden in exception subclasses
...     x, y = inst.args     # unpack args
...     print('x =', x)
...     print('y =', y)
...
<class 'Exception'>
('spam', 'eggs')
('spam', 'eggs')
x = spam
y = eggs

如果異常有參數(shù)，則它們將作為未處理異常的消息的最后一部分（'詳細(xì)信息'）打印。

異常處理程序不僅處理 try 子句中遇到的異常，還處理 try 子句中調(diào)用（即使是間接地）的函數(shù)內(nèi)部發(fā)生的異常。例如:

>>> def this_fails():
...     x = 1/0
...
>>> try:
...     this_fails()
... except ZeroDivisionError as err:
...     print('Handling run-time error:', err)
...
Handling run-time error: division by zero

8.4. 拋出異常

raise 語(yǔ)句允許程序員強(qiáng)制發(fā)生指定的異常。例如:

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

raise 唯一的參數(shù)就是要拋出的異常。這個(gè)參數(shù)必須是一個(gè)異常實(shí)例或者是一個(gè)異常類(lèi)（派生自 Exception 的類(lèi)）。如果傳遞的是一個(gè)異常類(lèi)，它將通過(guò)調(diào)用沒(méi)有參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)來(lái)隱式實(shí)例化:

raise ValueError  # shorthand for 'raise ValueError()'

如果你需要確定是否引發(fā)了異常但不打算處理它，則可以使用更簡(jiǎn)單的 raise 語(yǔ)句形式重新引發(fā)異常

>>> try:
...     raise NameError('HiThere')
... except NameError:
...     print('An exception flew by!')
...     raise
...
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
NameError: HiThere

8.5. 用戶(hù)自定義異常

程序可以通過(guò)創(chuàng)建新的異常類(lèi)來(lái)命名它們自己的異常（有關(guān)Python 類(lèi)的更多信息，請(qǐng)參閱 類(lèi)）。異常通常應(yīng)該直接或間接地從 Exception 類(lèi)派生。

可以定義異常類(lèi)，它可以執(zhí)行任何其他類(lèi)可以執(zhí)行的任何操作，但通常保持簡(jiǎn)單，只提供一些屬性，這些屬性允許處理程序?yàn)楫惓Ｌ崛∮嘘P(guān)錯(cuò)誤的信息。 在創(chuàng)建可能引發(fā)多個(gè)不同錯(cuò)誤的模塊時(shí)，通常的做法是為該模塊定義的異常創(chuàng)建基類(lèi)，并為不同錯(cuò)誤條件創(chuàng)建特定異常類(lèi)的子類(lèi):

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

大多數(shù)異常都定義為名稱(chēng)以“Error”結(jié)尾，類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)異常的命名。

許多標(biāo)準(zhǔn)模塊定義了它們自己的異常，以報(bào)告它們定義的函數(shù)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。有關(guān)類(lèi)的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn) 類(lèi) 章節(jié)。

8.6. 定義清理操作

try 語(yǔ)句有另一個(gè)可選子句，用于定義必須在所有情況下執(zhí)行的清理操作。例如:

>>> try:
...     raise KeyboardInterrupt
... finally:
...     print('Goodbye, world!')
...
Goodbye, world!
KeyboardInterrupt
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>

如果存在 finally 子句，則 finally 子句將作為 try 語(yǔ)句結(jié)束前的最后一項(xiàng)任務(wù)被執(zhí)行。 finally 子句不論 try 語(yǔ)句是否產(chǎn)生了異常都會(huì)被執(zhí)行。 以下幾點(diǎn)討論了當(dāng)異常發(fā)生時(shí)一些更復(fù)雜的情況：

• 如果在執(zhí)行 try 子句期間發(fā)生了異常，該異?？捎梢粋€(gè) except 子句進(jìn)行處理。 如果異常沒(méi)有被某個(gè) except 子句所處理，則該異常會(huì)在 finally 子句執(zhí)行之后被重新引發(fā)。

• 異常也可能在 except 或 else 子句執(zhí)行期間發(fā)生。 同樣地，該異常會(huì)在 finally 子句執(zhí)行之后被重新引發(fā)。

• 如果在執(zhí)行 try 語(yǔ)句時(shí)遇到一個(gè) break, continue 或 return 語(yǔ)句，則 finally 子句將在執(zhí)行 break, continue 或 return 語(yǔ)句之前被執(zhí)行。

• 如果 finally 子句中包含一個(gè) return 語(yǔ)句，則返回值將來(lái)自 finally 子句的某個(gè) return 語(yǔ)句的返回值，而非來(lái)自 try 子句的 return 語(yǔ)句的返回值。

例如

>>> def bool_return():
...     try:
...         return True
...     finally:
...         return False
...
>>> bool_return()
False

一個(gè)更為復(fù)雜的例子:

>>> def divide(x, y):
...     try:
...         result = x / y
...     except ZeroDivisionError:
...         print("division by zero!")
...     else:
...         print("result is", result)
...     finally:
...         print("executing finally clause")
...
>>> divide(2, 1)
result is 2.0
executing finally clause
>>> divide(2, 0)
division by zero!
executing finally clause
>>> divide("2", "1")
executing finally clause
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 3, in divide
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

正如你所看到的，finally 子句在任何情況下都會(huì)被執(zhí)行。 兩個(gè)字符串相除所引發(fā)的 TypeError 不會(huì)由 except 子句處理，因此會(huì)在 finally 子句執(zhí)行后被重新引發(fā)。

在實(shí)際應(yīng)用程序中，finally 子句對(duì)于釋放外部資源（例如文件或者網(wǎng)絡(luò)連接）非常有用，無(wú)論是否成功使用資源。

8.7. 預(yù)定義的清理操作

某些對(duì)象定義了在不再需要該對(duì)象時(shí)要執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)清理操作，無(wú)論使用該對(duì)象的操作是成功還是失敗，清理操作都會(huì)被執(zhí)行。 請(qǐng)查看下面的示例，它嘗試打開(kāi)一個(gè)文件并把其內(nèi)容打印到屏幕上。:

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

這個(gè)代碼的問(wèn)題在于，它在這部分代碼執(zhí)行完后，會(huì)使文件在一段不確定的時(shí)間內(nèi)處于打開(kāi)狀態(tài)。這在簡(jiǎn)單腳本中不是問(wèn)題，但對(duì)于較大的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)可能是個(gè)問(wèn)題。 with 語(yǔ)句允許像文件這樣的對(duì)象能夠以一種確保它們得到及時(shí)和正確的清理的方式使用。:

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

執(zhí)行完語(yǔ)句后，即使在處理行時(shí)遇到問(wèn)題，文件 f 也始終會(huì)被關(guān)閉。和文件一樣，提供預(yù)定義清理操作的對(duì)象將在其文檔中指出這一點(diǎn)。