Python 中的異常處理

程序讀文件內(nèi)容的過程可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，例如：要讀取的文件不存在。傳統(tǒng)的錯(cuò)誤處理方式如下：

• 某個(gè)函數(shù) f 在運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤；
• 函數(shù) f 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，函數(shù) f 返回錯(cuò)誤代碼；
• 在調(diào)用函數(shù) f 的地方，需要檢查 f 的返回值是否有錯(cuò)。

1. 傳統(tǒng)的錯(cuò)誤處理方式

1.1 返回錯(cuò)誤碼

例如，在 C 語言中，函數(shù) open 用于打開一個(gè)文件，它的聲明如下：

int open(char *path, int mode);

• 參數(shù) path 指定要打開的文件；
• 參數(shù) mode 指定打開文件的方式：只讀、讀寫；
• 函數(shù)返回一個(gè)整數(shù)，該整數(shù)作為文件的標(biāo)識(shí)符；
  • 如果打開文件成功，則返回一個(gè)非負(fù)的整數(shù)；
  • 如果打開文件失敗，則返回 -1。

因此，通過檢查函數(shù) open 的返回值，即可以判斷 open 是否成功，示例如下：

int file = open("test.txt", O_RDONLY);
if (file < 0)
    puts("open file failed");
    ...

• 在第 1 行，函數(shù) open 打開文件 test.txt
• 在第 2 行，如果函數(shù) open 的返回值小于 0，則表示打開文件失敗

1.2 缺點(diǎn)

通過錯(cuò)誤代碼的方式很容易理解，但是存在一個(gè)嚴(yán)重的問題：用戶可能忘記了錯(cuò)誤檢查。例如：

int file = open("test.txt", O_RDONLY);
char buf[1024];
read(file, buf, sizeof(buf));
對(duì) buf 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;
close(file);

• 在第 1 行，使用 open 打開文件；
  • 在此處忘記對(duì) open 的返回值進(jìn)行檢查；
  • 如果文件 test.txt 不存在，則 open 返回 -1，此時(shí) file 為 -1；
• 在第 3 行，使用 read 讀取文件 file，將內(nèi)容讀取到 buf 中；
  • open 的操作失敗了，此時(shí) file 為 -1；
  • read 的第一個(gè)參數(shù) file 是一個(gè)無效的文件標(biāo)識(shí)符；
  • read 的操作必然也是失敗的；
• 在第 4 行，對(duì) buf 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
  • open 操作和 read 操作都發(fā)生了錯(cuò)誤；
  • buf 中的數(shù)據(jù)是無效數(shù)據(jù)。

在整個(gè)過程中，發(fā)生了兩次錯(cuò)誤：open 文件失敗、read 文件失敗，但是用戶沒有得到任何提醒。buf 中的數(shù)據(jù)是無效的，對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作是無效的。

2. 異常的處理方式

Python 程序的執(zhí)行過程中，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)會(huì)引起一個(gè)事件，該事件被稱為異常。異常會(huì)打斷程序的正常執(zhí)行流程，例如，編寫程序 control-flow.py：

print('AAA')
100 / 0
print('BBB') # 此行代碼不會(huì)被執(zhí)行

• 在第 1 行，打印 AAA；
• 在第 2 行，100 除以 0；
  • 除數(shù)是 0，Python 無法執(zhí)行該條語句，Python 產(chǎn)生一個(gè)異常事件通知用戶；
• 在第 3 行，打印 BBB。

程序運(yùn)行的結(jié)果如下：

AAA
Traceback (most recent call last):
  File "control-flow.py", line 2, in <module>
    100 / 0
ZeroDivisionError: division by zero

• 在第 1 行，程序輸出 AAA；
• 在第 3 行，指明了產(chǎn)生異常的位置：File “control-flow.py”, line 2；
  • 在文件 “control-flow.py” 的第 2 行，產(chǎn)生了異常；
  • 這行信息非常重要，用于排查錯(cuò)誤；
• 在第 5 行，指明了異常的類型 ZeroDivisionError: division by zero；
  • 程序的執(zhí)行流程被打斷了，程序不再執(zhí)行發(fā)生異常之后的代碼；
  • 當(dāng)發(fā)生異常時(shí)需要捕獲處理它，否則程序會(huì)中止執(zhí)行。

1.3 讀取文件

編寫一個(gè)讀取文件內(nèi)容的 Python 程序，如果不進(jìn)行錯(cuò)誤處理，代碼如下：

file = open('test.txt')
line = file.readline()
print(line)
file.close()

• 在第 1 行，打開文件 test.txt；
• 在第 2 行，讀取文件的一行；
• 在第 3 行，打??；
• 在第 4 行，關(guān)閉文件。

在下面的小節(jié)中，將使用異常處理對(duì)這個(gè)程序逐步進(jìn)行改進(jìn)。

2. try … except 語句

2.1 基本用法

Python 處理異常的基本語法如下：

try:
	可能發(fā)生異常的代碼塊
except:
	處理異常的代碼塊	

• 在 try 關(guān)鍵字后，是可能發(fā)生異常的代碼塊；
  • 當(dāng)發(fā)生異常后，程序跳轉(zhuǎn)到處理異常的代碼塊；
• 在 except 關(guān)鍵字后，是處理異常的代碼塊。

下面的程序首先拋出異常，然后捕獲該異常，代碼如下：

try:
    print('try:')
    100/0
    print('never reach here')
except:    
    print('except:')

• 在第 2 行，打印字符串 ‘try:’；
• 在第 3 行，執(zhí)行 100/0，除數(shù)是 0，會(huì)拋出異常；
• 在第 4 行，拋出異常后，程序跳轉(zhuǎn)到處理異常的代碼塊，該行代碼不會(huì)被執(zhí)行；
• 在第 6 行，捕獲異常后，打印字符串 ‘except:’。

程序運(yùn)行輸出：

try:
except:

2.2 處理指定類型的異常

在 except 關(guān)鍵字后加上異常類型，表示僅處理該類型的異常，語法如下：

try:
	可能發(fā)生異常的代碼塊
except 異常類型:
	處理異常的代碼塊	

下面的程序僅處理 ZeroDivisionError 類型的異常：

try:
    print('try:')
    100/0
    print('never reach here')
except ZeroDivisionError:
    print('except ZeroDivisionError:')

• 在第 2 行，打印字符串 ‘try:’；
• 在第 3 行，執(zhí)行 100/0，除數(shù)是 0，會(huì)拋出 ZeroDivisionError 類型的異常；
• 在第 4 行，拋出異常后，程序跳轉(zhuǎn)到處理異常的代碼塊，該行代碼不會(huì)被執(zhí)行；
• 在第 5 行，程序僅僅捕獲 ZeroDivisionError 類型的異常；
• 在第 6 行，捕獲異常后，打印字符串 ‘except ZeroDivisionError:’。

程序運(yùn)行輸出：

2.3 處理多種類型的異常

可以使用多個(gè) except 關(guān)鍵字處理多種類型的異常，語法如下：

try:
	可能發(fā)生異常的代碼塊
except 異常類型1:
	處理異常的代碼塊	
except 異常類型2:
	處理異常的代碼塊	
...		

編寫一個(gè)能夠捕獲兩種類型的異常的程序，首先編寫函數(shù) generateError。函數(shù) generateError 在運(yùn)行時(shí)，可能拋出兩種類型的異常，代碼如下：

def generateError():
    import random
    number = random.randint(0, 1)
    if number == 0:
        100 / 0
    else:
        file = open('none-exsist-file')

• 在第 3 行，產(chǎn)生一個(gè) [0, 1] 之間的隨機(jī)數(shù)
• 在第 4 行，如果隨機(jī)數(shù)是 0
  • 在第 5 行，被除數(shù)是 0，產(chǎn)生 ZeroDivisionError 類型的異常
• 在第 6 行，如果隨機(jī)數(shù)是 1
  • 在第 7 行，打開一個(gè)不存在的文件，產(chǎn)生 IOError 類型的異常

編寫捕獲兩種類型異常的程序：

try:
    print('try:')
    generateError()
    print('never reach here')
except ZeroDivisionError:
    print('except ZeroDivisionError:')
except IOError:    
    print('except IOError:')

• 在第 3 行，調(diào)用 generateError()，會(huì)隨機(jī)拋出 ZeroDivisionError 類型或者 IOError 類型的異常；
• 在第 5 行，程序捕獲 ZeroDivisionError 類型的異常；
  • 在第 6 行，捕獲異常后，打印字符串 ‘except ZeroDivisionError:’；
• 在第 7 行，程序捕獲 IOError 類型的異常；
  • 在第 8 行，捕獲異常后，打印字符串 ‘except IOError:’。

2.4 except … as

在捕獲異常時(shí)，不僅可以獲取異常類型，還可以獲取異常對(duì)象，語法如下：

except 異常類型 as 異常對(duì)象:

下面的例子處理異常時(shí)，同時(shí)獲取了異常類型和異常對(duì)象：

try:
	list = ['www', 'imooc', 'com']
	print(list[3])
except Exception as e:
	print('except: %s' % e)

• 在第 4 行，異常類型為 Exception，異常對(duì)象為 e
• 在第 5 行，打印異常對(duì)象 e

程序輸出如下：

except: list index out of range

2.5 讀取文件

下面的程序?qū)崿F(xiàn) 1.3 小節(jié)讀取文件的功能需求：

try:
    file = open('test.txt')
    line = file.readline()
    print(line)
    file.close()
except IOError:    
    print('except IOError:')

• 在第 2 行，調(diào)用 open 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
• 在第 3 行，調(diào)用 readline 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
• 在第 5 行，關(guān)閉文件；
  • 當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，該行代碼不會(huì)被執(zhí)行；
• 在第 6 行，捕獲 IOError 類型的異常。

這個(gè)版本的程序的缺陷在于，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，關(guān)閉文件的代碼不會(huì)被執(zhí)行。文件打開后，沒有及時(shí)關(guān)閉，會(huì)帶來潛在的問題。在下面的小節(jié)中，將對(duì)這個(gè)程序進(jìn)行改進(jìn)。

3. try … else 語句

3.1 基本用法

在異常處理中 else 關(guān)鍵字用于指定沒有異常時(shí)執(zhí)行的代碼塊，語法如下：

try:
	可能發(fā)生異常的代碼塊
except:
	處理異常的代碼塊
else:
    沒有異常時(shí)執(zhí)行的代碼塊

• 當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，執(zhí)行 except 對(duì)應(yīng)的代碼塊
• 當(dāng)沒有發(fā)生異常時(shí)，執(zhí)行 else 對(duì)應(yīng)的代碼塊

3.2 讀取文件

下面的程序?qū)崿F(xiàn) 1.3 小節(jié)讀取文件的功能需求：

try:
    file = open('test.txt')
    line = file.readline()
except IOError:    
    print('except IOError:')
else:
    print(line)
    file.close()    

• 在第 2 行，調(diào)用 open 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
• 在第 3 行，調(diào)用 readline 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
• 在第 5 行，關(guān)閉文件；
  • 當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，該行代碼不會(huì)被執(zhí)行；
• 在第 6 行，else 關(guān)鍵字定義了沒有異常時(shí)執(zhí)行的代碼；
  • 在第 7 行，打印文件內(nèi)容；
  • 在第 8 行，關(guān)閉文件。

這個(gè)版本的程序的仍然存在缺陷，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，關(guān)閉文件的代碼不會(huì)被執(zhí)行。文件打開后，沒有及時(shí)關(guān)閉，會(huì)帶來潛在的問題。在下面的小節(jié)中，將對(duì)這個(gè)程序進(jìn)行改進(jìn)。

4. try … finally 語句

4.1 基本用法

在異常處理中，finally 關(guān)鍵字用于指定無論是否發(fā)生異常都需要執(zhí)行的代碼塊，語法如下：

try:
	可能發(fā)生異常的代碼塊
except:
	處理異常的代碼塊
finally:
    無論是否發(fā)生異常都會(huì)執(zhí)行的代碼塊

下面的程序在執(zhí)行過程中沒有異常：

try:
    print('try:')
finally:    
    print('finally:')

程序輸出：

try:
finally:

下面的程序在執(zhí)行過程中產(chǎn)生異常：

try:
    print('try:')
    100 / 0
finally:    
    print('finally:')

程序輸出：

try:
finally:

可以看出，無論是否發(fā)生異常，finally 定義的代碼塊總是被執(zhí)行。

4.2 讀取文件

下面的程序?qū)崿F(xiàn) 1.3 小節(jié)讀取文件的功能需求：

try:
    file = open('test.txt')
  	line = file.readline()
   	print(line)
except IOError:
    print('except IOError:')
finally:
	if file:
  		file.close()

• 在第 2 行，調(diào)用 open 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
  • 如果在此處產(chǎn)生 IOError，變量 file 的值為空；
• 在第 3 行，調(diào)用 readline 函數(shù)可能會(huì)產(chǎn)生 IOError；
  • 如果在此處產(chǎn)生 IOError，因?yàn)橐呀?jīng)成功打開了文件，變量 file 的值不為空；
• 在第 5 行，捕獲 IOError 類型的異常；
• 在第 7 行，finally 關(guān)鍵字定義了最終需要執(zhí)行的代碼塊；
  • 發(fā)生異常時(shí)，會(huì)執(zhí)行該代碼塊；
  • 沒有異常時(shí)，也會(huì)執(zhí)行該代碼塊；
• 在第 8 行，檢查變量 file 的值是否為空；
  • 如果程序在 open 的地方發(fā)生異常，變量 file 的值為空，不需要關(guān)閉文件；
  • 如果程序在 readline 的地方發(fā)生異常，變量 file 的值不為空，需要關(guān)閉文件。

5. raise 語句

Python 提供了 raise 語句用于拋出異常，raise 語句有 3 種形式：

5.1 raise

try:
	print('try:')
	raise
	print('never reach here')
except:
	print('except:')

• 在第 3 行，使用 raise 拋出異常；
• 在第 4 行，不會(huì)執(zhí)行這行代碼，執(zhí)行 raise 后，程序流程跳轉(zhuǎn)到第 5 行；
• 在第 5 行，捕獲程序拋出的異常。

程序輸出如下：

try:
except:

5.2 raise Exception

try:
	print('try:')
	raise ValueError
	print('never reach here')
except ValueError:
	print('except ValueError:')

• 在第 3 行，使用 raise 拋出特定類型的異常 ValueError；
• 在第 4 行，不會(huì)執(zhí)行這行代碼，執(zhí)行 raise 后，程序流程跳轉(zhuǎn)到第 5 行；
• 在第 5 行，捕獲程序拋出的 ValueError 類型的異常。

程序輸出如下：

try:
except ValuseError:

5.3 raise Exception(info)

編寫程序 raise.py 如下：

try:
	text = input('Please input digit: ')
	if not text.isdigit():
		info = '"%s" is not digit' % text
		raise ValueError(info)
except ValueError as e:
	print('except ValueError: %s' % e)	

• 在第 2 行，提示用戶輸入數(shù)字；
• 在第 3 行，如果用戶輸入的不是數(shù)字；
  • 在第 4 行，拼接字符串 info 用于描述錯(cuò)誤的具體信息；
  • 在第 5 行，ValueError(info) 創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象，包括：異常類型和錯(cuò)誤信息，使用 raise 拋出該異常對(duì)象；
• 在第 6 行，捕獲程序拋出的 ValueError 類型的異常，變量 e 指向 raise 語句拋出的異常。

程序輸出如下：

C:\> python raise.py
Please input digit: abc
try:
except ValuseError: abc is not digit

• 在第 2 行，用戶輸入 abc
• 在第 4 行，提示用戶的輸入錯(cuò)誤: “abc is not digit”，具體的錯(cuò)誤信息對(duì)用戶要友好