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讀懂Python的異常機制
前言：之前工作時用python完成一個利用串口發SCPI與單片機交互通信的命令行窗口，在實現功能的時候發現用python對數據結果無論是**終正確值的返回還是錯誤值的返回都可以直接return給主界面。顯然直接return不同含義的數據是不行的，所以采用異常機制來處理錯誤值的數據。因為之前對異常這方面了解的比較少，在此查了點資料并整理個小筆記。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
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文章目錄KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
一、對異常的理解1、什么是異常2、錯誤和異常的區別3、常見python異常種類二、python五大異常處理機制1、默認異常處理機制2、try....except....處理機制3、try...except...finally.....處理機制4、assert斷言處理機制5、with...as處理機制三、python異常自定義1、異常自定義2、異常拋出raise3、異常捕獲四、異常使用注意事項1、不要太依賴異常機制2、不要在 try 塊中引入太多的代碼3、不要忽略捕獲到的異常總結KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
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一、對異常的理解
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1、什么是異常KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??異常即“與正常情況不同”，何為正常？正常便是解釋器在解釋代碼時，我們所編寫的代碼符合解釋器定義的規則，即為正常，當解釋器發現某段代碼符合語法但有可能出現不正常的情況時，解釋器便會發出一個事件，中斷程序的正常執行。這個中斷的信號便是一個異常信號。所以，總體解釋就是，在解釋器發現到程序出現錯誤的時候，則會產生一個異常，若程序沒有處理，則會將該異常拋出，程序的運行也隨之終止。我們可以在一個空白的.py文件中寫一句int（“m”），運行后結果如下。
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??這一串字體為解釋器拋出的一系列錯誤信息，因為int()傳入的參數只支持數字字符串和數字，顯然‘m’不屬于數字字符串傳入參數錯誤所以解釋器報“valueError”的錯誤。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
2、錯誤和異常的區別KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??對于python錯誤的概述：它指的是代碼運行前的語法或邏輯錯誤。拿常規語法錯誤來說，當我們編寫的代碼過不了語法檢測時，則會直接出現語法錯誤，必須在程序執行前就改正，不然寫的代碼將毫無意義，代碼是不運行的，也無法捕獲得到。舉個例子，在.py文件輸入if a = 1 print(“hello”)，輸出結果如下：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
Traceback (most recent call last): File "E:/Test_code/test.py",line 1 if a = 1 print("hello") ^SyntaxError: invalid syntax??函數 print() 被檢查到有錯誤，是它前面缺少了一個冒號 : ，所以解析器會復現句法錯誤的那行代碼，并用一個小“箭頭”指向行里檢測到的第一個錯誤，所以我們可以直接找到對應的位置修改其語法。當然除了語法錯誤，還有很多程序奔潰的錯誤，如內存溢出等，這類錯誤往往比較隱蔽。
??相比于錯誤，python異常主要在程序執行過程中，程序遇見邏輯或算法問題，這時解釋器如果可以處理，則沒問題，如果處理不了，便直接終止程序，便將異常拋出，如第1小點的int(‘m’)例子，因為參數傳入錯誤導致程序出錯。這種因為邏輯產生的異常五花八門，還好我們的解釋器都內置好了各種異常的種類，讓我們知道是什么樣的異常出現，好讓我們“對癥下藥”。
??這里注意一點，上述語法錯誤是可識別的錯誤，所以解釋器也會默認拋出一個SyntaxError異常信息反饋給程序員。所以本質上大部分錯誤都是可被輸出打印的，只是因為錯誤代碼不運行，也就沒法處理，所以捕獲錯誤的異常信息就變得沒意義。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
3、常見python異常種類KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??這里貼上我們在寫代碼時**常見的異常類型，如果遇到其他種類的異常，當然是選擇白度啦~KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
異常名稱名稱解析BaseException所有異常的基類 SystemExit解釋器請求退出KeyboardInterrupt用戶中斷執行(通常是輸入^C)Exception常規錯誤的基類StopIteration迭代器沒有更多的值GeneratorExit生成器(generator)發生異常來通知退出StandardError所有的內建標準異常的基類ArithmeticError所有數值計算錯誤的基類FloatingPointError浮點計算錯誤OverflowError數值運算超出**大限制ZeropisionError除(或取模)零 (所有數據類型)AssertionError斷言語句失敗AttributeError對象沒有這個屬性EOFError沒有內建輸入,到達EOF 標記EnvironmentError操作系統錯誤的基類IOError輸入/輸出操作失敗OSError操作系統錯誤WindowsError系統調用失敗ImportError導入模塊/對象失敗LookupError無效數據查詢的基類IndexError序列中沒有此索引(index)KeyError映射中沒有這個鍵MemoryError內存溢出錯誤(對于Python 解釋器不是致命的)NameError未聲明/初始化對象 (沒有屬性)UnboundLocalError訪問未初始化的本地變量ReferenceError弱引用(Weak reference)試圖訪問已經垃圾回收了的對象RuntimeError一般的運行時錯誤NotImplementedError尚未實現的方法SyntaxError Python語法錯誤IndentationError縮進錯誤TabError Tab和空格混用SystemError一般的解釋器系統錯誤TypeError對類型無效的操作ValueError傳入無效的參數UnicodeError Unicode相關的錯誤UnicodeDecodeError Unicode解碼時的錯誤UnicodeEncodeError Unicode編碼時錯誤UnicodeTranslateError Unicode轉換時錯誤Warning警告的基類DeprecationWarning關于被棄用的特征的警告FutureWarning關于構造將來語義會有改變的警告OverflowWarning舊的關于自動提升為長整型(long)的警告PendingDeprecationWarning關于特性將會被廢棄的警告RuntimeWarning可疑的運行時行為(runtime behavior)的警告SyntaxWarning可疑的語法的警告UserWarning用戶代碼生成的警告二、python五大異常處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??我們明白了什么是異常后，那么發現異常后怎么處理，便是我們接下來要解決的問題。這里將處理異常的方式總結為五種。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
1、默認異常處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??“默認”則說明是解釋器默認做出的行為，如果解釋器發現異常，并且我們沒有對異常進行任何預防，那么程序在執行過程中就會中斷程序，調用python默認的異常處理器，并在終端輸出異常信息。剛才舉過的例子：int(“m”)，便是解釋器因為發現參數傳入異常，這種異常解釋器“無能為力”，所以它**后中斷了程序，并將錯誤信息打印輸出，告訴碼農朋友們：你的程序有bug！?。Ya少兒編程網-https://www.pxcodes.com
2、try…except…處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??我們把可能發生錯誤的語句放在try語句里，用except來處理異常。每一個try，都必須至少有一個或者多個except。舉一個**簡單的例子如下，在try訪問number的第500個元素，很明顯數組越界訪問不了，這時候解釋器會發出異常信號：IndexError，接著尋找后面是否有對應的異常捕獲語句except ，如果有則執行對應的except語句，待except語句執行完畢后，程序將繼續往下執行。如果沒有對應的except語句，即用戶沒有處理對應的異常，這時解釋器會直接中斷程序并將錯誤信息打印輸出。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
number = 'hello'try： print(number[500]) #數組越界訪問except IndexError： print("下標越界啦！")except NameError： print("未聲明對象！")print("繼續運行...")輸出結果如下，因為解釋器發出異常信號是IndexError，所以執行下標越界語句。 KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
下標越界啦！ 繼續運行...??為了解鎖更多用法，我們再將例子改一下，我們依然在try訪問number的第500個元素，造成訪問越界錯誤，這里的except用了as關鍵字可以獲得異常對象，這樣子便可獲得錯誤的屬性值來輸出信息。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
number = 'hello'try： print(number[500]) #數組越界訪問except IndexError as e： print(e)except Exception as e： #萬能異常 print(e)except： #默認處理所有異常 print("所有異常都可處理")print("繼續運行...")輸出結果如下所示，會輸出系統自帶的提示錯誤：string index out of range，相對于解釋器因為異常自己拋出來的一堆紅色刺眼的字體，這種看起來舒服多了（能夠“運籌帷幄”的異常才是好異常嘛哈哈哈）。另外這里用到“萬能異?！盓xception，基本所有沒處理的異常都可以在此執行。**后一個except表示，如果沒有指定異常，則默認處理所有的異常。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
string index out of range繼續運行...3、try…except…finally…處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??finally語句塊表示，無論異常發生與否，finally中的語句都要執行完畢。也就是可以很霸氣的說，無論產生的異常是被except捕獲到處理了，還是沒被捕獲到解釋器將錯誤輸出來了，都統統要執行這個finally。還是原來簡單的例子加上finally語句塊如下，代碼如下：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
number = 'hello'try： print(number[500]) #數組越界訪問，拋出IndexError異常except IndexError： print("下標越界啦！")finally： print("finally！")print("繼續運行...") #運行結果如下，數據越界訪問異常被捕獲到后，先執行except 語句塊，完畢后接著執行了finally語句塊。因為異常被執行，所以后面代碼繼續運行。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
下標越界啦！finally！ 繼續運行...??對try語句塊進行修改，打印abc變量值，因為abc變量沒定義，所以會出現不會被捕獲的NameError異常信號，代碼如下所示：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
number = 'hello'try： print(abc) #變量未被定義，拋出NameError異常except IndexError： print("下標越界啦！")finally： print("finally！")print("繼續運行...") #不運行結果如下，因為NameError異常信號沒法被處理，所以解釋器將程序中斷，并將錯誤信息輸出，但這過程中依然會執行finally語句塊的內容。因為程序被迫中斷了，所以后面代碼不運行。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
finally！ #異常沒被捕獲，也執行了finallyTraceback (most recent call last): File "E:/Test_code/test.py",line 3,in <module> print("abc")NameError: name 'abc' is not defined??理解到這里，相信:try…finally…這種機制應該也不難理解了，因為省略了except 捕獲異常機制，所以異常不可能被處理，解釋器會將程序中斷，并將錯誤信息輸出，但finally語句塊的內容依然會被執行。例子代碼如下：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
number = 'hello'try： print(abc) #變量未被定義，拋出NameError異常finally： print("finally！")print("繼續運行...")運行結果：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
finally！ #異常沒被捕獲，也執行了finallyTraceback (most recent call last): File "E:/Test_code/test.py",line 3,in <module> print("abc")NameError: name 'abc' is not defined4、assert斷言處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??assert語句先判斷assert后面緊跟的語句是True還是False，如果是True則繼續往下執行語句，如果是False則中斷程序，將錯誤信息輸出。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
assert 1 == 1 #為True正常運行assert 1 == 2 #為False,終止程序，錯誤信息輸出5、with…as處理機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??with…as一般常用在文件處理上，我們平時在使用類似文件的流對象時，使用完畢后要調用close方法關閉，很麻煩，這里with…as語句提供了一個非常方便且人性的替代方法，即使突發情況也能正常關閉文件。舉個例子代碼如下，open打開文件后將返回的文件流對象賦值給fd，然后在with語句塊中使用。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
with open('e:/test.txt','r') as fd: fd.read() print(abc) #變量未被定義，程序終止，錯誤信息輸出print("繼續運行...")??正常情況下，這里的with語句塊完畢之后，會自動關閉文件。但如果with語句執行中發生異常，如代碼中的變量未定義異常，則會采用默認異常處理機制，程序終止，錯誤信息輸出，后面代碼不被運行，文件也會正常關閉。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
三、python異常自定義KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??說了這么多異常的使用，終于可以回到我前言所說的在實際項目中存在的問題，即錯誤碼的返回和數值的返回是沖突的（因為錯誤碼也是數值），這時候便可以用異常的拋出和捕獲來完成錯誤碼的傳遞，即try和except 。但系統發生異常時拋出的是系統本身定義好的異常類型，跟自己的錯誤碼又有何關系？這就是我接下來要說的內容：如何定義自己的異常并且能夠被except 所捕獲。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
1、異常自定義KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??實際開發中，有時候系統提供的異常類型往往都不能滿足開發的需求。這時候就要使用到異常的自定義啦，你可以通過創建一個新的異常類來擁有自己的異常。自己定義的異常類繼承自 Exception 類，可以直接繼承，或者間接繼承。栗子舉起來：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
class MyException(Exception): '''自定義的異常類''' def __init__(self, error_num): #異常類對象的初始化屬性 self.error_num = error_num def __str__(self): #返回異常類對象說明信息 err_info = ['超時錯誤','接收錯誤'] return err_info[self.error_num]??該類繼承自Exception 類，并且新類的名字為MyException，這跟前面我們一直在用的IndexError這個異常類一樣，都是繼承自Exception 類。__init__為構造函數，當我們創建對象時便會自動調用，__str__為對象說明信息函數，當使用print輸出對象的時候，只要自己定義了__str__方法，那么就會打印從在這個方法中return的數據。
??即print(MyException(0))時，便可打印“超時錯誤”這個字符串，print(MyException(1))時，便可打印“接收錯誤”這個字符串，心細的你應該可以理解，MyException(x)為臨時對象（x是傳入錯誤碼參數，這里只定義了0和1），與a = MyException(x)，a為對象一個樣子 。 這里有一個好玩的說法，在python中方法名如果是__xxxx__()的，那么就有特殊的功能，因此叫做“魔法”方法。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
2、異常拋出raiseKYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??現在我們自己定義的錯誤定義好了（上面的MyException），怎么能像IndexError一樣讓except捕獲到呢？于是乎raise關鍵字派上用場。我們在異常機制中用try…except時，一般都是將可能產生的錯誤代碼放到try語句塊中，這時出現異常則系統便會自動將其拋出，比如IndexError，這樣except就能捕獲到，所以我們只要將自定義的異常在需要的時候將其拋出即可。
??raise **的一個參數指定了要被拋出的異常。它必須是一個異常的實例或者是異常的類（也就是 Exception 的子類），那么我們剛剛定義的異常類就可以用啦，舉個簡單例子：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??這里我直接將自己定義的錯誤拋出，…as e就是把得到的錯誤當成對象e，這樣才可以訪問其屬性和方法。因為自己定義的錯誤中可以支持多個錯誤碼（本質還是MyException這個錯誤），所以便可實現傳入不同錯誤碼就可打印不同錯誤信息。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
3、異常捕獲KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??只要我們在try中將錯誤raise出來，except就可以捕獲到（當然，異常必須是Exception 子類才能被捕獲），將前面兩個例子整合起來，代碼如下：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
'''錯誤碼：0代表超時錯誤，1代表接收錯誤'''class MyException(Exception): '''自定義的異常類''' def __init__(self, error_num): # 異常類對象的初始化屬性 self.error_num= error_num def __str__(self): # 返回異常類對象指定錯誤碼的信息 err_info = ['超時錯誤','接收錯誤'] return err_info[self.error_num]def fun() raise MyException(1) # 拋出異常對象，傳入錯誤碼1def demo_main(): try: fun() except MyException as ex: # 這里要使用MyException進行捕獲，對象為ex print(ex) # 輸出的是__str__部分返回的內容，即“接收錯誤” print(ex.error_num) # 輸出的是__init__中定義的error_num，即1demo_main() #此處開始運行??代碼從demo_main函數開始執行，進入try語句塊，語句塊中的fun()函數模擬代碼運行失敗時raise 自定義的異常，except 正常接收后通過as 關鍵字得到異常對象，訪問該異常對象，便可正常輸出自定義的異常信息和自定義的錯誤碼。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
四、異常使用注意事項KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
此注意事項參考博文：異常機制使用細則.KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
1、不要太依賴異常機制KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??python 的異常機制非常方便，對于信息的傳遞中十分好用（這里信息的傳遞主要有三種，參數傳遞，全局變量傳遞，以及異常機制傳遞），但濫用異常機制也會帶來一些負面影響。過度使用異常主要表現在兩個方面：①把異常和普通錯誤混淆在一起，不再編寫任何錯誤處理代碼，而是以簡單地引發異常來代苦所有的錯誤處理。②使用異常處理來代替流程控制。例子如下：KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
buf = "hello"#例1：使用異常處理來遍歷arr數組的每個元素try: i = 0 while True: print (buf [i]) i += 1except: pass#例2：使用流程控制避免下標訪問異常i = 0while i < len(buf ): print(buf [i]) i += 1??例1中假如循環過度便會下標訪問異常，這時候把錯誤拋出，再進行一系列處理，顯然是不可取的，因為異常機制的效率比正常的流程控制效率差，顯然例2中簡單的業務流程就可以避開這種錯誤。所以不要熟悉了異常的使用方法后，遇到這種簡單邏輯，便不管三七二十一引發異常后再進行解決。對于完全己知的錯誤和普通的錯誤，應該編寫處理這種錯誤的代碼，增加程序的健壯性。只有對于外部的、不能確定和預知的運行時錯誤才使用異常。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
2、不要在 try 塊中引入太多的代碼KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??在 try 塊里放置大量的代碼，這看上去很“簡單”，代碼框架很容易理解，但因為 try 塊里的代碼過于龐大，業務過于復雜，就會造成 try 塊中出現異常的可能性大大增加，從而導致分析異常原因的難度也大大增加。
??而且當塊過于龐大時，就難免在 try 塊后緊跟大量的 except 塊才可以針對不同的異常提供不同的處理邏輯。在同一個 try 塊后緊跟大量的 except 塊則需要分析它們之間的邏輯關系，反而增加了編程復雜度。所以，可以把大塊的 try 塊分割成多個小塊，然后分別捕獲并處理異常。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
3、不要忽略捕獲到的異常KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??不要忽略異常！既然己捕獲到異常，那么 except 塊理應做些有用的事情，及處理并修復異常。except 塊整個為空，或者僅僅打印簡單的異常信息都是不妥的！具體的處理方式為：
①處理異常。對異常進行合適的修復，然后繞過異常發生的地方繼續運行；或者用別的數據進行計算，以代替期望的方法返回值；或者提示用戶重新操作，總之，程序應該盡量修復異常，使程序能恢復運行。
②重新引發新異常。把在當前運行環境下能做的事情盡量做完，然后進行異常轉譯，把異常包裝成當前層的異常，重新傳給上層調用者。
③在合適的層處理異常。如果當前層不清楚如何處理異常，就不要在當前層使用 except 語句來捕獲該異常，讓上層調用者來負責處理該異常。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
總結KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
??本文從系統默認的異常起手，說明了什么是異常并總結了系統常見的異常類，接著寫了怎么自定義異常，從異常的定義到拋出再到獲取完成自定義異常的定義和使用，**后再總結了python異常使用時的注意事項。KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
相關免費學習推薦：python教程（視頻）KYa少兒編程網-https://www.pxcodes.com
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