9.异常和错误
1 异常是什么？
实际开发中，出错几乎是必然的：用户输入未必符合预期；要打开的文件可能不存在、或格式不对；要读的数据库记录可能是空的；程序运行时内存或硬盘也可能被写满。
程序在运行过程中很可能会撞上上述问题，这类「例外」情况称为异常（Exception）。如何让程序在遇到异常时做出合理处理、而不是直接崩溃？这正是本章要讲的内容。
1.1 伪代码说明异常机制
以拷贝文件为例：在没有异常机制时，必须事先穷举各种异常情况，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")
这种做法有两个坏处：
- 逻辑代码与错误处理代码混在一起，可读性差。
- 需要预判的异常情况过于繁杂，对程序员的要求很高。
那该如何应对这些异常情况？Python 的异常机制给我们提供了方便的处理方式。同一段逻辑若改用 Python 的异常机制，示意代码如下（仅示意，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")
Python 中提供了大量用于描述和处理异常的类，统称异常类。异常类中封装了该类异常的信息以及相应的处理方法。下面较完整地展示了 Python 内建异常类的继承层次：
先来看本章遇到的第一个异常：
# 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：
2 异常的解决思路
2.1 解决异常问题的态度
- 学完本章只是对异常有了初步认识，并不意味着就能调试任何异常；
- 调试异常依赖大量经验。因此不必在此停滞，继续往后学即可；遇到异常要主动钻研，不要动辄开口问人；确实自己解决不了，再向老师或同学求助。
解决每一个异常，建议遵循以下三步：
- 不慌张，细看信息，定位错误：看清报错内容，并定位到出错的位置。
- 检索相关帖子：用异常类信息去搜索，至少查看十个相关帖子。
- 求助：前两步仍无法解决时，再找老师或同学协助。
一般来说，独立解决 30 个以上报错，就能积累起初步的调试经验，此后大部分错误都能自行处理。
2.2 异常解决的关键：定位
发生异常时，解释器会打印相关的错误信息。我们只需自上而下阅读这段追溯（Traceback）信息，即可还原错误的传播过程，最终定位到引发错误的那一行代码。
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
try块放可能引发异常的代码，except块负责捕获并处理异常；- 若
try块未引发异常：except块被跳过，继续执行后面的代码； - 若
try块引发异常：try块中该行之后的代码不再执行，控制权跳到对应的except块；异常处理完毕后，继续执行后续代码。
示例：遇到异常时的执行顺序。
# 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，触发异常后的输出结果：
案例：循环输入数字，若输入的不是数字则按异常处理；输入 88 时结束循环。
while True:
try:
x = int(input("请输入一个数字："))
print("您输入的数字是", x)
if x == 88:
print("退出程序")
break
except ValueError as e:
print("异常：输入的不是一个数字")
print('=' * 40)
3.2 try…多个 except 结构
上一种写法能捕获所有异常，实际开发中也很常见。但按经典理论，通常建议尽量分别捕获可能出现的多种异常（顺序为先子类、后父类），并针对性地编写处理代码；为防遗漏，可在末尾兜一个 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 在原有结构上增加了一个 else 块：
try块未抛出异常：执行完try块后，执行else块。try块抛出异常：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)
发生异常时（执行 except 块，不执行 else）：
未发生异常时（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)
print(type(e))
else:
print(f'{a} 除以 {b} 的商为：{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！")
程序正常执行，没有异常：
程序运行出错：
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
return 兼有「结束函数」与「返回值」两重作用，因此一般不把 return 放进异常处理结构中，而是放在函数末尾。
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")
# 一般不要将 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 中所有异常都派生自 BaseException。本节逐一测试并列出常见异常，便于初学者掌握。
-
SyntaxError语法错误
代码语法写错，在执行前就解析失败，不是运行时异常int a = 3
-
NameError变量名未定义
尝试访问一个没有声明的变量。print(a)
-
ZeroDivisionError除零错误
除数为 0 错误（零除错误）。a = 3 / 0
-
ValueError值非法（类型对，但内容不对）
数据类型没问题，但数值/格式不符合函数预期。float("小龙女") # 字符串不能转浮点数
-
TypeError类型错误
操作的对象类型不支持该运算/函数调用。123 + "abc" # int 和 str 不能直接相加
-
AttributeError属性/方法不存在
访问对象的不存在的属性。a = 100 a.sayhi()
-
IndexError索引越界
序列（列表、元组、字符串）下标超出有效范围。a = [4, 5, 6] a[10] # 只有 0, 1, 2 三个索引，访问索引 10
-
KeyError字典键不存在
使用[]访问字典，key 不存在时抛出；.get()方法不会抛。a = {'name': "gaoqi", 'age': 18} a['salary']
-
FileNotFoundError文件不存在（OSError子类）
打开一个不存在的文件。with open("not_exist.txt", "r") as f: f.read()
-
PermissionError权限不足（OSError子类）
文件存在，但没有读写权限。# Linux/macOS 场景，Windows 不容易复现 with open("/root/test.txt", "w") as f: f.write("hi")报错：
PermissionError: [Errno 13] Permission denied: '/root/test.txt' -
StopIteration迭代器耗尽
next()读取迭代器，没有更多元素。it = iter([1, 2]) print(next(it)) print(next(it)) print(next(it)) # 第三次取值，无元素
-
AssertionError断言失败
assert条件不成立时抛出，多用于调试校验。age = -5 assert age > 0, "年龄必须大于0"
-
OverflowError数值溢出（较少见，Python int 无限大，浮点数容易触发）
数值超出类型表示范围。import math math.exp(1000)
-
RecursionError递归深度超限
递归调用层数超过 Python 默认递归栈上限（默认约 1000）。def func(): func() func()
-
UnicodeDecodeError解码错误（UnicodeError子类）
用错误编码读取文本文件，比如 gbk 文件用 utf-8 打开。# 假设文件内容是 gbk 编码，用 utf-8 解码 with open("gbk_file.txt", "r", encoding="utf-8") as f: f.read()报错：
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte … -
UnicodeEncodeError编码错误
字符无法使用指定编码输出。# 部分特殊中文无法用 ascii 编码 s = "中文" s.encode("ascii")报错：
UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode character -
NotImplementedError未实现方法
基类预留接口，子类没有重写，主动抛出（用于面向对象抽象）。class Base: def run(self): raise NotImplementedError("子类必须实现 run 方法") b = Base() b.run()
4.2 常见异常汇总
建议通读一遍，把这批异常相关的英文单词记熟，有助于克服「畏难情绪」。
（图片未上传成功：常见异常）
5 with 上下文管理
finally 块无论是否发生异常都会执行，因此常用来释放资源。而借助 with 上下文管理，释放资源的操作可以写得更简洁。
with 上下文管理的语法结构如下：
with context_expr [as var]:
语句块
案例：with 上下文管理文件操作。
b.txt 文件内容：
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 文件内容：
7 自定义异常类
程序开发中，有时需要自定义异常类。自定义异常类一般是运行时异常，通常继承 Exception 或其子类即可，命名习惯以 Error、Exception 结尾。
自定义异常通过 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"{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)
# 固定值版：把 input() 换成固定数据便于复现
age = -5
if age < 1 or age > 150:
raise AgeError(age)
else:
print("正常的年龄：", age)
实测输出（AgeError 继承 Exception，其 __str__ 被解释器用于打印异常）：
Traceback (most recent call last):
File "9.异常和错误/07_自定义异常类/demo.py", line 11, in <module>
raise AgeError(age)
AgeError: -5, 年龄错误！应该在 1-150 之间
若用 try…except AgeError as e 捕获后 print(e)，则只剩最后一行：
-5, 年龄错误！应该在 1-150 之间
8 PyCharm 开发环境的调试（debug）
- 调试的核心是设置断点。
- 程序执行到断点时会暂时挂起、停止执行——就像看视频按下暂停，可以仔细查看暂停处的每一个细节。
8.1 断点
程序运行到断点处会暂时挂起，此时可以观察程序的运行状态，便于进一步判断。
- 设置断点：
-
在行号后面单击即可增加断点。
-
在断点上再单击即可取消断点。
-
8.2 进入调试视图
进入调试视图有以下 3 种方式（任选其一）：
-
单击工具栏上的按钮：
-
右键单击编辑区，选择
debug '模块名'。 -
使用快捷键
shift+F9。
进入调试视图后，布局如下：
-
左侧「浏览帧」区：
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在的方法。
-
变量值观察区：
调试器列出断点所在方法的相关变量值，可借此观察变量的变化过程。也可以通过
添加要观察的变量。
8.3 调试操作区
通过上图中的按钮可执行调试操作，各按钮含义如下：
| 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 |  |
|
| 单步调试：遇到函数跳过 | step over |  |
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 |  |
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 |  |
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 |  |
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。 |
9 术语表（重要英文单词）
9.1 异常基础
| 术语 | 全拼/说明 | 释义 |
|---|---|---|
| Exception | — | 异常，程序运行中出现的「例外」情况；也是所有常规异常的基类名 |
| Error | — | 错误，泛指报错；异常类常见的命名后缀 |
| Raise | — | 抛出异常的动作，raise 语句主动引发异常 |
| Catch / Handle | — | 捕获 / 处理异常，except 块完成 |
| Traceback | — | 回溯，异常发生时解释器打印的调用链信息，用于定位错误行 |
| Call Stack | — | 调用栈，函数层层调用的记录，Traceback 即其展开 |
| Crash | — | 崩溃，未处理的异常导致程序非正常终止 |
9.2 处理结构
| 术语 | 全拼/说明 | 释义 |
|---|---|---|
try |
— | 监控块，包裹可能引发异常的代码 |
except |
— | 捕获并处理异常的块，可多个，按先子类后父类排列 |
else |
— | 仅当 try 块未发生异常时执行 |
finally |
— | 无论是否发生异常都执行，通常用于释放资源 |
with |
— | 上下文管理语法，自动获取与释放资源（如文件） |
| Context Manager | — | 上下文管理器，实现 __enter__ / __exit__ 的对象，with 的支撑机制 |
9.3 常见异常类
| 术语 | 全拼/说明 | 释义 |
|---|---|---|
BaseException |
— | 所有异常的根类，含 Exception 与系统退出类异常 |
SyntaxError |
— | 语法错误，编译期报错，try 捕获不到 |
NameError |
— | 变量名未定义，访问未声明变量时抛出 |
ZeroDivisionError |
— | 除零错误，ArithmeticError 子类 |
ArithmeticError |
— | 算术错误基类，ZeroDivisionError / OverflowError 的父类 |
ValueError |
— | 值非法（类型对、内容不对） |
TypeError |
— | 类型错误，操作对象类型不支持该运算 |
AttributeError |
— | 属性 / 方法不存在 |
IndexError |
— | 索引越界，LookupError 子类 |
KeyError |
— | 字典键不存在，LookupError 子类 |
LookupError |
— | 查找类错误基类，IndexError / KeyError 的父类 |
OSError |
Operating System Error | 操作系统相关错误基类，FileNotFoundError / PermissionError 的父类 |
FileNotFoundError |
— | 文件不存在，OSError 子类 |
PermissionError |
— | 权限不足，OSError 子类 |
StopIteration |
— | 迭代器耗尽；for 循环内部会自动捕获 |
AssertionError |
— | 断言失败，assert 条件不成立时抛出 |
OverflowError |
— | 数值溢出（多为浮点数超出表示范围），ArithmeticError 子类 |
RecursionError |
— | 递归深度超限，RuntimeError 子类 |
RuntimeError |
— | 运行时错误基类，RecursionError / NotImplementedError 的父类 |
UnicodeError |
— | Unicode 相关错误基类，继承自 ValueError |
UnicodeDecodeError |
— | 解码错误，用错误编码读取文本时抛出 |
UnicodeEncodeError |
— | 编码错误，字符无法用指定编码输出时抛出 |
NotImplementedError |
— | 未实现方法，基类预留接口、子类未重写时主动抛出 |
9.4 调试与日志
| 术语 | 全拼/说明 | 释义 |
|---|---|---|
| Debug | — | 调试，逐行/逐段运行程序以观察中间状态 |
| Breakpoint | — | 断点，程序运行到此暂停的位置 |
| Step Over | — | 单步跳过，把函数当作一个整体执行，不进入其内部 |
| Step Into | — | 单步进入，进入被调函数内部继续单步 |
| Step Out | — | 跳出当前函数，执行完余下部分并返回上一层 |
| Run to Cursor | — | 运行到光标处，一直执行到光标所在行停止 |
| Frame | — | 栈帧，一个方法调用对应的执行环境记录 |
| Traceback Module | — | traceback 模块，格式化输出异常信息、写日志 |
10 系列导航
11 参考链接
- Python 官方文档 · 内置异常层次结构：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/exceptions.html
- Python 官方教程 · 错误和异常（含
try/except/else/finally）：https://docs.python.org/zh-cn/3/tutorial/errors.html - Python 官方文档 ·
traceback模块：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/traceback.html - Python 官方文档 ·
contextlib上下文管理器工具：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/contextlib.html - Python 官方文档 · 数据模型（
__enter__/__exit__）：https://docs.python.org/zh-cn/3/reference/datamodel.html#with-statement-context-managers - PEP 3134 · Exception Chaining（
raise ... from ...）：https://peps.python.org/pep-3134/ - 常见异常（本库笔记）
分类：Python
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