9.异常和错误

1 异常是什么？

在实际工作中，我们遇到的情况不可能是非常完美的。比如：你写的某个模块，用户输入不一定符合你的要求；你的程序要打开某个文件，这个文件可能不存在或者文件格式不对；你要读取数据库的数据，数据可能是空的；我们的程序在运行着，但是内存或硬盘可能满了等等。

软件程序在运行过程中，非常可能遇到刚刚提到的这些问题，我们称之为异常，英文是：Exception，意思是例外。遇到这些例外情况，或者叫异常，我们怎么让写的程序做出合理的处理，而不至于程序崩溃呢？我们本章就要讲解这些问题。

1.1 伪代码说明异常机制

如果我们要拷贝一个文件，在没有异常机制的情况下，我们需要考虑各种异常情况，伪代码如下：

# 将 d:/a.txt 拷贝到 e: 盘
if "d:/a.txt" 这个文件存在:
	if e 盘的空间大于 a.txt 文件长度:
		if 文件复制一半 IO 流断掉:
			停止 copy ，输出：IO 流出问题！
		else:
			copyFile("d:/a.txt", "e:/a.txt")
	else :
		print ("e 盘空间不够存放 a.txt！")
else :
	print ("a.txt 不存在")

这种方式，有两个坏处：

  1. 逻辑代码和错误处理代码放一起！
  2. 程序员本身需要考虑的例外情况较复杂，对程序员本身要求较高！

那么，我们如何解决应对异常情况呢？Python 的异常机制给我们提供了方便的处理方式。如上情况，如果是用 Python 的异常机制来处理，示意代码如下（仅限示意，不能运行）：

# 将 d:/a.txt 拷贝到 e: 盘
try:
	copyFile("d:/a.txt", "e:/a.txt")
except:
	print("文件无法拷贝")

异常机制本质
当程序出现异常，程序安全的退出、处理完后继续执行的机制。

Python 中，引进了很多用来描述和处理异常的类，称为异常类。异常类定义中包含了该类异常的信息和对异常进行处理的方法。下面较为完整的展示了 Python 中内建异常类的继承层次：

我们处理一下，遇到的第一个异常：

# 测试简单的 0 不能做除数异常
a = 3 / 0

执行上面程序，控制台打印：

注意
**Python 中一切都是对象，异常也采用对象的方式来处理**。
> > 处理过程： > > 1. **抛出异常**：在执行一个方法时，如果发生异常，则这个方法生成代表该异常的一个对象，停止当前执行路径，并把异常对象提交给解释器。 > 2. **捕获异常**：解释器得到该异常后，寻找相应的代码来处理该异常。

2 异常的解决思路

2.1 解决异常问题的态度

  1. 学习完异常相关知识点，只是开始对异常有些认识，不意味着你会调试任何异常；
  2. 调试异常，需要大量的经验作为基础。因此，大家不要在此停留，继续往后学习。碰到每个异常，都要花心思去解决而不要动不动张口问人。通过自己的努力无法解决，再去找老师同学帮助解决。

解决每一个遇到的异常，建议大家遵循如下三点：

  1. 不慌张，细看信息，定位错误。看清楚报的错误信息，并定位发生错误的地方。
  2. 百度并查看十个相关帖子。将异常类信息进行百度，至少查看十个以上的相关帖子。
  3. 以上两步仍然无法解决，找老师和同学协助解决。

正常情况，自己遵循如上步骤解决 30 个以上的错误，就能积累初步的调试经验，以后遇到的大部分错误都能独立完成。

2.2 异常解决的关键：定位

当发生异常时，解释器会报相关的错误信息，并会在控制台打印出相关错误信息。我们只需按照从上到下的顺序即可追溯（Trackback）错误发生的过程，最终定位引起错误的那一行代码。

案例：追溯异常发生的过程。

def a():
    print("run in a() start!")
    num = 1 / 0
    print("run in a() end!")


def b():
    print("run in b() start!")
    a()
    print("run in b() end!")


def c():
    print("run in c() start!")
    b()
    print("run in c() end!")


print("step1")
c()
print("step2")

控制台打印：

step1
run in c() start!
run in b() start!
run in a() start!
Traceback (most recent call last):
  File "D:\Project\myPython\PythonLearn\9.异常和错误\02_异常的解决思路\01_异常解决的关键：定位.py", line 20, in <module>
    c()
  File "D:\Project\myPython\PythonLearn\9.异常和错误\02_异常的解决思路\01_异常解决的关键：定位.py", line 15, in c
    b()
  File "D:\Project\myPython\PythonLearn\9.异常和错误\02_异常的解决思路\01_异常解决的关键：定位.py", line 9, in b
    a()
  File "D:\Project\myPython\PythonLearn\9.异常和错误\02_异常的解决思路\01_异常解决的关键：定位.py", line 3, in a
    num = 1 / 0
          ~~^~~
ZeroDivisionError: division by zero

进程已结束，退出代码为 1

3 try 和 except 结构

3.1 try…一个 except 结构

try…except 是最常见的异常处理结构。结构如下：

try:
	被监控的可能引发异常的语句块
except BaseException [as e]:
	异常处理语句块
  1. try 块包含着可能引发异常的代码，except 块则用来捕捉和处理发生的异常；
  2. 执行的时候，如果 try 块中没有引发异常，则跳过 except 块继续执行后续代码；
  3. 执行的时候，如果 try 块中发生了异常，则跳过 try 块中的后续代码，跳到相应的 except 块中处理异常；异常处理完后，继续执行后续代码。

示例：遇到异常的执行顺序。

# 测试简单的 0 不能做除数异常
try:
    print("step1")
    a = 3 / 0
    print("step2")
except BaseException as e:
    print("step3")
    print(e)

print("step4")

除数为 0，遇到异常输出结果：

案例：循环输入数字，如果不是数字则处理异常；直到输入 88，则结束循环。

while True:
    try:
        x = int(input("请输入一个数字："))
        print("您入的数字是", x)
        if x == 88:
            print("退出程序")
            break
    except:
        print("异常：输入的不是一个数字")

3.2 try…多个 except 结构

上面的结构可以捕获所有的异常，工作中也很常见。但是，从经典理论考虑，一般建议尽量捕获可能出现的多个异常（按照先子类后父类的顺序），并且针对性的写出异常处理代码。为了避免遗漏可能出现的异常，可以在最后增加 BaseException。结构如下：

try:
	被监控的、可能引发异常的语句块
except Exception1:
	处理 Exception1 的语句块
except Exception2:
	处理 Exception2 的语句块

[...]
except BaseException:
	处理可能遗漏的异常的语句块

案例：多个 except 结构。

while True:
    try:
        a = input("请输入被除数：")
        b = input("请输入除数：")

        if b == "exit":
            break

        c = float(a) / float(b)
        print(c)
        print("=" * 40)

    except ZeroDivisionError:
        print("异常：除数不能为 0")
        print("=" * 40)
    except TypeError:
        print("异常：除数和被除数都应该为数值类型")
        print("=" * 40)
    except NameError:
        print("异常：变量不存在")
        print("=" * 40)
    except BaseException as e:
        print(e)
        print(type(e))
        print("=" * 40)

3.3 try…except…else 结构

try…except…else 结构增加了 else 块。如果 try 块中没有抛出异常，则在 try 块执行完后执行 else 块。如果 try 块中抛出异常，则执行 except 块，且不再执行 else 块。

案例：try…except…else 结构执行测试。

try:
    a = input("请输入被除数：")
    b = input("请输入除数：")
    c = float(a) / float(b)
except BaseException as e:
    print(e)
else:
    print("除的结果是：", c)

发生异常的执行情况（执行 except 块，没有执行 else）：

没有发生异常的执行情况（执行完 try 块后，执行 else）：

3.4 try…except…finally 结构

try…except…finally 结构中，finally 块无论是否发生异常都会被执行；通常用来释放 try 块中申请的资源。

案例：try…except…finally 结构简单测试。

try:
    a = input("请输入一个被除数：")
    b = input("请输入一个除数：")
    c = float(a) / float(b)
except BaseException as e:
    print(e)
else:
    print(c)
finally:
    print("我是 finally 中的语句，无论发生异常与否，都执行！")

print("程序结束！")

案例：读取文件，在 finally 中保证关闭文件资源。

try:
    print("step1")
    f = open("d:/a.txt", 'r')
    content = f.readline()
    print(content)
    print("step2")
except BaseException as e:
    print("step3")
    print(e)
finally:
    print("step4")
    # 释放资源。此处也可能会发生异常。若发生异常，则程序终止，不会继续往下执行
    f.close()
    print("step5")

print("step6")

3.5 return 语句和异常处理问题

由于 return 有两种作用：结束方法运行、返回值，所以我们一般不把 return 放到异常处理结构中，而是放到方法最后。

案例：return 和异常结构的正确处理方式。

def test01():
    print("step1")
    try:
        x = 3 / 0
        # return "a"
    except:
        print("step2")
        print("异常：0 不能做除数 ")
        # return "b"
    finally:
        print("step4")
        # return "d"
    print("step5")
    # 般不要将 return 语句放到 try、except、else、finally 块中，
    # 会发生一些意想不到的错误。建议放到方法最后。
    return "e"


print(test01())

4 常见异常

4.1 常见异常的解决

Python 中的异常都派生自 BaseException 类，本节我们测试和列出常见的一些异常，方便初学者掌握。

  1. SyntaxError：语法错误。

    int a = 3

  2. NameError：尝试访问一个没有声明的变量。

    print(a)

  3. ZeroDivisionError：除数为 0 错误（零除错误）。

    a = 3 / 0

  4. ValueError：数值错误。

    float("小龙女")

  5. TypeError：类型错误。

    123 + "abc"

  6. AttributeError：访问对象的不存在的属性。

    a = 100
a.sayhi()

  7. IndexError：索引越界异常。

    a = [4, 5, 6]
a[10]

  8. KeyError：字典的关键字不存在。

    a = {'name': "gaoqi", 'age': 18}
a['salary']

4.2 常见异常汇总

建议大家通读，把异常相关的单词背下来熟悉一下。这样可以克服“畏难情绪”。

![[../04_问题库/常见异常#1 常见异常汇总|常见异常]]

5 with 上下文管理

finally 块由于是否发生异常都会执行，通常我们放释放资源的代码。其实，我们可以通过 with 上下文管理，更方便的实现释放资源的操作。

with 上下文管理的语法结构如下：

with context_expr [as var]:
	语句块
> `with` 上下文管理可以自动管理资源，在 `with` 代码块执行完毕后自动还原进入该代码之前的现场或上下文。不论何种原因跳出 `with` 块，不论是否有异常，总能保证资源正常释放。极大的简化了工作，在文件操作、网络通信相关的场合非常常用。
案例：with 上下文管理文件操作。

b.txt

小龙女
赵敏
周芷若
梅超风
黄蓉

with open("./b.txt", encoding='utf-8') as f:
    for line in f:
        print(line, end="")

6 traceback 模块和生成异常日志

案例：使用 Traceback 模块打印异常信息。

import traceback

try:
    print("step1")
    num = 1 / 0
except:
    traceback.print_exc()

案例：使用 traceback 将异常信息写入日志文件。

import traceback

try:
    print("step1")
    num = 1 / 0
except:
    with open("./a.log", "a") as f:
        traceback.print_exc(file=f)

a.log

7 自定义异常类

程序开发中，有时候我们也需要自己定义异常类。自定义异常类一般都是运行时异常，通常继承 Exception 或其子类即可。命名一般以 Error、Exception 为后缀。

自定义异常由 raise 语句主动抛出。

案例：自定义异常类和 raise 语句。

# 测试自定义异常类
class AgeError(Exception):  # 继承 Exception
    def __init__(self, error_info):
        # Exception.__init__(self)
        super.__init__()
        self.error_info = error_info

    def __str__(self):
        return f"{str(self.error_info)}, 年龄错误！应该在 1-150 之间"


############测试代码################
# 如果为 True，则模块是作为独立文件运行，可以执行测试代码
if __name__ == "__main__":
    age = int(input("输入一个年龄："))
    if age < 1 or age > 150:
        raise AgeError(age)
    else:
        print("正常的年龄：", age)

8 Pycharm 开发环境的调试（debug）

  1. 进行调试的核心是设置断点。
  2. 程序执行到断点时，暂时挂起，停止执行。就像看视频按下停止一样，我们可以详细的观看停止处的每一个细节。

8.1 断点

程序运行到此处，暂时挂起，停止执行。我们可以详细在此时观察程序的运行情况，方便做出进一步的判断。

  1. 设置断点：

    1. 在行号后面单击即可增加断点。

      image-20220702205558616

    2. 在断点上再单击即可取消断点。

8.2 进入调试视图

  1. 我们通过如下三种方式都可以进入调试视图：

    1. 单击工具栏上的按钮：

      image-20220702205733005

    2. 右键单击编辑区，点击：debug '模块名'。

    3. 快捷键：shift+F9。

进入调试视图后，布局如下：

image-20220702205859006

  • 左侧为“浏览帧”：

    调试器列出断点处，当前线程正在运行的方法，每个方法对应一个“栈帧”。最上面的是当前断点所处的方法。

  • 变量值观察区：

    调试器列出了断点处所在方法相关的变量值。我们可以通过它，查看变量的值的变化。也可以通过image-20220702210050002，增加要观察的变量。

8.3 调试操作区

image-20220702210544990

我们通过上图中的按钮进行调试操作，它们的含义如下：

中文名称 英文名称 图标和快捷键 说明
显示当前所有断点 show Execution Point image-20220702210732688
单步调试：遇到函数跳过 step over image-20220702210810575 若当前执行的是一个函数，则会把这个函数当做整体一步执行完。不会进入这个函数内部。
单步调试：遇到函数进入 step into image-20220702210910880 若当前执行的是一个函数，则会进入这个函数内部。
跳出函数 step out image-20220702210955689 当单步执行到子函数内时，用 step out 就可以执行完子函数余下部分，并返回到上一层函数
执行的光标处 run to cursor image-20220702211020837 一直执行，到光标处停止，用在循环内部时，点击一次就执行一个循环。
posted @ 2026-04-11 02:00  挖掘鱼  阅读(8)  评论(0)    收藏  举报