10-01 異常處理

一 什么是異常

異常是程序發生錯誤的信號。程序一旦出現錯誤，便會產生一個異常，若程序中沒有處理它，就會拋出該異常，程序的運行也隨之終止。在Python中,錯誤觸發的異常如下

而錯誤分成兩種，一種是語法上的錯誤SyntaxError，這種錯誤應該在程序運行前就修改正確

>>> if  
  File "<stdin>", line 1
    if
     ^
SyntaxError: invalid syntax

另一類就是邏輯錯誤，常見的邏輯錯誤如

# TypeError：數字類型無法與字符串類型相加
1+’2’

# ValueError：當字符串包含有非數字的值時，無法轉成int類型
num=input(">>: ") #輸入hello
int(num)

# NameError：引用了一個不存在的名字x
x

# IndexError：索引超出列表的限制
l=['egon','aa']
l[3]

# KeyError：引用了一個不存在的key
dic={'name':'egon'}
dic['age']

# AttributeError：引用的屬性不存在
class Foo:
    pass
Foo.x

# ZeroDivisionError：除數不能為0
1/0

二 異常處理

為了保證程序的容錯性與可靠性，即在遇到錯誤時有相應的處理機制不會任由程序崩潰掉，我們需要對異常進行處理，處理的基本形式為

try:
    被檢測的代碼塊
except 異常類型：
    檢測到異常，就執行這個位置的邏輯

舉例

try:
    print('start...')
    print(x) # 引用了一個不存在的名字，觸發異常NameError
    print('end...')
except NameError as e: # as語法將異常類型的值賦值給變量e，這樣我們通過打印e便可以知道錯誤的原因
    print('異常值為：%s' %e)
print('run other code...')

#執行結果為
start...
異常值為：name 'x' is not defined
run other code...

本來程序一旦出現異常就整體結束掉了，有了異常處理以后，在被檢測的代碼塊出現異常時，被檢測的代碼塊中異常發生位置之后的代碼將不會執行，取而代之的是執行匹配異常的except子代碼塊，其余代碼均正常運行。

​ 當被檢測的代碼塊中有可能觸發不同類型的異常時，針對不同類型的異常：

​ 如果我們想分別用不同的邏輯處理，需要用到多分支的except（類似於多分支的elif，從上到下依次匹配，匹配成功一次便不再匹配其他）

try:
    被檢測的代碼塊
except NameError:
    觸發NameError時對應的處理邏輯
except IndexError:
    觸發IndexError時對應的處理邏輯
except KeyError:
    觸發KeyError時對應的處理邏輯

舉例

def convert_int(obj):
    try:
        res=int(obj)
    except ValueError as e:
        print('ValueError: %s' %e)
        res=None
    except TypeError as e:
        print('TypeError: %s' %e)
        res=None
    return res

convert_int('egon') # ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'egon'
convert_int({'n':1}) # TypeError: int() argument must be a string, a bytes-like object or a number, not 'dict'

如果我們想多種類型的異常統一用一種邏輯處理，可以將多個異常放到一個元組內，用一個except匹配

try:
    被檢測的代碼塊
except (NameError,IndexError,TypeError):
    觸發NameError或IndexError或TypeError時對應的處理邏輯

舉例

def convert_int(obj):
    try:
        res=int(obj)
    except (ValueError,TypeError):
        print('argument must be number or numeric string')
        res=None
    return res

convert_int('egon') # argument must be number or numeric string
convert_int({'n':1}) # argument must be number or numeric string

如果我們想捕獲所有異常並用一種邏輯處理，Python提供了一個萬能異常類型Exception

try:
    被檢測的代碼塊
except NameError:
    觸發NameError時對應的處理邏輯
except IndexError:
    觸發IndexError時對應的處理邏輯
except Exception:
    其他類型的異常統一用此處的邏輯處理

在多分支except之后還可以跟一個else（else必須跟在except之后，不能單獨存在），只有在被檢測的代碼塊沒有觸發任何異常的情況下才會執行else的子代碼塊

try:
    被檢測的代碼塊
except 異常類型1:
    pass
except 異常類型2:
    pass
......
else:
    沒有異常發生時執行的代碼塊

此外try還可以與finally連用，從語法上講finally必須放到else之后，但可以使用try-except-finally的形式，也可以直接使用try-finally的形式。無論被檢測的代碼塊是否觸發異常，都會執行finally的子代碼塊，因此通常在finally的子代碼塊做一些回收資源的操作，比如關閉打開的文件、關閉數據庫連接等

try:
   被檢測的代碼塊
except 異常類型1:
   pass
except 異常類型2:
   pass
......
else:
   沒有異常發生時執行的代碼塊
finally:
   無論有無異常發生都會執行的代碼塊

舉例

f=None
try:
    f=open(‘db.txt’,'r',encoding='utf-8')
    s=f.read().strip()
    int(s)  # 若字符串s中包含非數字時則會觸發異常ValueError
    # f.close() # 若上面的代碼觸發異常，則根本不可能執行到此處的代碼，應該將關閉文件的操作放到finally中
finally:
    if f: # 文件存在則f的值不為None
        f.close()

在不符合Python解釋器的語法或邏輯規則時，是由Python解釋器主動觸發的各種類型的異常，而對於違反程序員自定制的各類規則，則需要由程序員自己來明確地觸發異常，這就用到了raise語句，raise后必須是一個異常的類或者是異常的實例

class Student:
    def __init__(self,name,age):
        if not isinstance(name,str):
            raise TypeError('name must be str')
        if not isinstance(age,int):
            raise TypeError('age must be int')

        self.name=name
        self.age=age

stu1=Student(4573,18) # TypeError: name must be str
stu2=Student('egon','18') # TypeError: age must be int

在內置異常不夠用的情況下，我們可以通過繼承內置的異常類來自定義異常類

class PoolEmptyError(Exception): # 可以通過繼承Exception來定義一個全新的異常
    def __init__(self,value='The proxy source is exhausted'): # 可以定制初始化方法
        super(PoolEmptyError,self).__init__()
        self.value=value

    def __str__(self): # 可以定義該方法用來定制觸發異常時打印異常值的格式
        return '< %s >' %self.value


class NetworkIOError(IOError): # 也可以在特定異常的基礎上擴展一個相關的異常
    pass


raise PoolEmptyError # __main__.PoolEmptyError: < The proxy source is exhausted >
raise NetworkIOError('連接被拒絕') # __main__.NetworkIOError: 連接被拒絕

最后，Python還提供了一個斷言語句assert expression，斷定表達式expression成立，否則觸發異常AssertionError，與raise-if-not的語義相同，如下

age='18'

# 若表達式isinstance(age,int)返回值為False則觸發異常AssertionError
assert isinstance(age,int)

# 等同於
if not isinstance(age,int):
	raise AssertionError

三 何時使用異常處理

在了解了異常處理機制后，本着提高程序容錯性和可靠性的目的，讀者可能會錯誤地認為應該盡可能多地為程序加上try...except...，這其是在過度消費程序的可讀性，因為try...except本來就是你附加給程序的一種額外的邏輯，與你的主要工作是沒有多大關系的。

​ 如果錯誤發生的條件是“可預知的”，我們應該用if來進行”預防”，如下

age=input('input your age>>: ').strip()
if age.isdigit(): # 可預知只有滿足字符串age是數字的條件，int(age)才不會觸發異常，
    age=int(age)
else:
    print('You must enter the number')

如果錯誤發生的條件“不可預知”，即異常一定會觸發，那么我們才應該使用try...except語句來處理。例如我們編寫一個下載網頁內容的功能，網絡發生延遲之類的異常是很正常的事，而我們根本無法預知在滿足什么條件的情況下才會出現延遲，因而只能用異常處理機制了

import requests
from requests.exceptions import ConnectTimeout # 導入requests模塊內自定義的異常

def get(url):
    try:
        response=requests.get(url,timeout=3)#超過3秒未下載成功則觸發ConnectTimeout異常
        res=response.text
    except ConnectTimeout:
        print('連接請求超時')
        res=None
    except Exception:
        print('網絡出現其他異常')
        res=None
    return res

get('https://www.python.org')