原创 Python异常处理

课程导学

哈喽，这位同学你好啊，我是逍遥老师。本节课程我们来一起聊聊 -- Python异常处理

不知道你在日常生活中有没有遇到过下面这种情况？

假设我们每周都会在操场跑步5公里，来锻炼身体。

正常情况下，我们可以按照自己习惯的速度，顺利的跑完全程，然后回到家里休息。然而，可能偶尔会有“意外”发生。比如：跑着跑着，突然下暴雨了... ...那么我们就不能继续跑步了。

又或者：某次跑步突然身体不适，那我们可能会停下来，休息一下，等待身体恢复之后，继续跑，又或者实在太不舒服，直接放弃了跑步，选择休息。

除此之外，可能还会有其他各种情况，都会导致我们正在进行的跑步活动，临时中断。我们需要解决掉出现的问题后，才可以继续完成跑步。严重的情况下，例如下冰雹或者临时有其他事情，我们可能会直接放弃本次跑步计划。这，就是我们生活中，遇到的“异常”。

同样的，我们的计算机程序在运行时，有时也会由于各种不可控的原因出现错误。例如：找不到需要的文件、网络错误、用户输入不对等等。这时，计算机程序就会出现无法继续运行的情况，甚至会直接退出。比如：我们常见的手机APP闪退，网站出现500错误，或者Windows里的如下错误：

相信大家遇到这样的情况，都很恼火吧？但计算机程序也是由技术人员编写的，这种情况，是他们也不能处理的“异常情况”。

对于用Python编写的程序。当 Python 检测到一个错误时，解释器无法继续执行，反而出现了一些错误的提示，这就是所谓的"Python异常"。因此，为了让我们的程序可以稳定地长久运行，你需要知道如何正确处理异常。

在本次课程中，你将会学到：

l Python中的异常是什么

l 如何捕获和处理异常

l 异常是如何传递的

l 怎样自定义和抛出异常

学完本节课程，你可以独立进行异常处理，让自己的程序长久稳定运行。即使遇到错误，也可以正确处理并快速恢复正常运行。

第一关 Python异常简介

1. Python程序中的异常

前面说了那么多，那Python异常到底是怎样的呢？别急，我们先来看看Python程序中的异常是怎么呈现的。

如上图所示，当我们想要运行python程序文件 test.py 时，在终端键入python test.py并按下回车之后，屏幕上在“-----test--1---”之后 ，会出现的一串信息：

Traceback (most recent call last):

  File "C:/workspace/boxuegu/exception/test.py", line 2, in <module>

    open('123.txt','r')

FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '123.txt'

这个就是Python异常信息。

图片中这段异常，意思是说：文件test.py在第二行出现了错误，这是一个编号为2的“输入输出型”的错误，名叫“123.txt”的文件不存在。

那么为什么会出现这样的异常呢？

我们来看一下这叫做test.py的python程序文件的源代码长啥样：

print('-----test--1---')

open('123.txt','r')

print('-----test--2---')

对应着运行结果，我们看到，原本程序在open()打开文件操作之后，还要打印”-----test--2---“，但结果却没有执行打印”-----test--2---“这个动作。

这是因为，我们在使用open()函数尝试打开一个不存在的文件“123.txt”，当找不到“123.txt” 文件时，程序就会抛出给我们一个“FileNotFoundError 类型的错误，No such file or directory：123.txt”（没有 123.txt 这样的文件或目录）。

当 Python 检测到一个错误，并且无法处理时，就会出现一些错误的提示，这就是所谓的"异常"。

如果一直没有对异常进行处理，那么程序就会强制退出执行。如同我们前面的例子，当你想要跑步时，突然下起了大雨，你还没有雨伞，那原本的跑步任务就会强制终止。

常见的异常及继承结构

在 Python 中，异常会通过一个对象(object)来表示，对象中存储着关于异常的信息。我们在编程时，经常遇见的一些异常有：

除上述常见异常，在Python 3中，还内置了其他种类的异常，在这里我们列举部分例子，你可能不会经常遇到它们：

完整的Python 3内置异常，你可以在Python官网查询到：

https://docs.python.org/3/tutorial/errors.html

由上述讲解可以看到，每个异常对应着一种特殊的错误场景，如同我们的例子中，意外中断跑步的原因可能有很多种：下雨、生病、临时事务、场地问题等。不同的原因，导致的结果以及应对的方法可能会有所不同。比如下雨，我们可以等5分钟看雨是否停下，也可以穿戴雨衣。而突然的生病或者受伤，就不得不中止跑步了。

在前面的Python异常命名中，我们发现：Python将异常以类class的形式定义。我们已经学过Python的面向对象特性。因此，我们知道，具体的异常，都是这些类所创建的示例instance。

在Python中，所有的异常和错误，都继承自 BaseException 这个基类。但在实际开发中，我们还会更多地与Exception这个父类打交道。Exception 继承自BaseException，实现了我们处理异常中需要的常见方法。Python内置的异常，也大多继承自Exception，并以自身的异常描述，作为名字，命名规则往往为AbcException或XyzError这样。

同样，我们用跑步任务作为例子，我们可能遇到 天气状况，而天气状况，又分为几种情况：下小雨、下大雨、沙尘、雾霾等。因此，它们都可以认为是天气状况的子类。类似的，身体原因，也可以作为一个父类，具体到岔气、膝盖受伤等情况，则可以视作身体原因的子类。我们可以针对所有的天气原因做同样的处理，例如：中断跑步；也可以针对不同身体原因，做不同的处理，比如：遇到岔气情况，就休息5分钟再跑。这跟程序中的异常处理，是很类似的。

第二关 异常的处理

1. 导言

在上一关我们一起认识了什么是异常，什么情况下程序会出现异常。我们知道了异常会带来严重的问题，例如：导致程序中断。甚至，有的异常是不可避免的，并且有那么多不同种类的异常，这都要怎么处理呢？

别担心，Python为我们提供了简便的异常处理方式。如同我们的例子，跑步时出现了下雨、伤病、临时有事等情况，我们当然不能继续无脑的跑下去。而应该去了解和应对这些情况，让我们下一次跑步时，不受到任何影响，从而实现长期通过跑步锻炼身体的目标。这也是我们本章要重点学习的内容。

2. 捕获异常

首先，作为计算机，它需要我们告知它，哪里可能会有异常，以及会有什么样的异常，即异常的捕获。

在 Python 中，与其它语言类似，我们会使用 try...except...捕获异常 。

先看如下代码示例:

try:

    print('-----test--1---')

    open('123.txt','r')

    print('-----test--2---')

except IOError:

    pass

学员运行

发现有什么不同的了吗？

第二段“-----test--2---”同样没有打印出来，程序却正常退出了。这是因为，这里我们用 try 和 except 捕获到了 IOError 异常，并添加了处理的方法。因此，print('-----test--2---')语句并没有被执行。

我们通过try 关键字，包含逻辑代码，表示在这里可能会出现异常，需要处理。

程序执行到某条语句时如果发生了异常，则不会继续执行，而是立刻寻找跟随try的except语句，并进入except包含的代码中执行。这就是异常的捕获。

而except 关键字里的 pass 表示虽然捕获了异常，但什么也不做；如果把 pass 改为 print 语句，那么就会输出其他信息。也就是说，这里也可以执行其他我们想要的逻辑，比如断开连接、关闭文件、释放资源、记录日志等常见的异常处理逻辑。

这就是 Python 的异常捕获处理。

总结一下，try...catch...的使用方法如下：

l 把可能出现问题的代码，放在 try 中

l 把处理异常的代码，放在 except 中，异常发生时，系统会中断后续的代码执行，而进入except内的代码。

是不是挺简单的？

3.except 捕获多个异常

在我们的跑步例子中，我们会遇到天气不好、伤病等多种异常情况。那Python可以捕获多种异常吗？答案当然是肯定的。

首先，我们知道，根据传递给except的异常类型，我们可以指定捕获处理特定的某一种异常，如下

try:

    print(num)

except IOError:

    print('产生错误了')

上面的程序，我们已经使用 except 来捕获异常了，但为什么还会看到错误的信息提示呢？

结果如下：

答案在于：except 捕获的错误类型是 IOError，而此时程序产生的异常为 NameError，所以 except 并没有生效。

于是我们将代码稍作修改，如下：

try:

    print(num)

except NameError:

    print('产生错误了')

再次运行后的结果为：

可以看到，将 IOError 更改为 NameError后，就可以顺利进入到 except 语句里面捕获到异常了。由此，我们知道，在 except后 需要对应正确类型的异常，才会进入到相应的错误处理代码中。

除了捕获单个异常，我们还可以捕获多个异常，在实际开发中，这种情况很常见。Python 对此也提供了很好的支持，看下面的例子：

#coding=utf-8

try:

    print('-----test--1---')

    open('123.txt','r') # 如果 123.txt 文件不存在，那么会产生 IOError 异常

    print('-----test--2---')

    print(num)# 如果 num 变量没有定义，那么会产生 NameError 异常

except (IOError,NameError):

    #如果想通过一次 except 捕获到多个异常可以用一个元组的方式

可以看到，当捕获多个异常时，是可以把要捕获的异常的类型名字，放到 except 后，并使用元组的方式进行传递的。这样无论是 IOError，还是 NameError，都会进入到 except 的代码块中。

4. 获取异常的信息描述

在捕获到异常时，除了中断程序，请想一想，我们还会经常做哪些处理呢？

最常见的是：打印或者用日志记录下异常的信息，以便让我们通过输出结果，后续查看异常的内容。

前面我们已经提到，Python中的异常，是通过类来定义的，因此，我们需要获取到异常的类实例，才能访问异常的信息。请记住：通过 as 关键字，我们就可以在 except 的语句内使用异常对象实例，如下：

try:

    print(a)

except NameError as result:

    print(result)

在上面的例子中，result 是 NameError 的实例化对象，我们可以直接在 except 代码块内，将它打印出来，则程序会输出错误的描述。这跟我们自己编写代码遇到错误时系统的错误输出内容是一样的。

对于多个异常，也可以使用类似的方法：

try:

    open('a.txt')

except (NameError, IOError) as result:

    print("哎呀，捕获到了异常")

    print("异常的基本信息是： ", result)

运行结果如下:

这样，我们就可以将错误信息，记录到日志或者邮件通知等其他输出源，让我们更好地维护系统。

5.分别处理不同异常

在跑步的例子中，我们可能会有这样的要求：如果是阵雨，跑步暂停，我们躲雨几钟，等雨停了之后继续跑步；如果遇到岔气，我们休息5分钟，等内脏肌肉状态恢复，继续跑步；但如果是膝盖疼痛等伤病情况出现，我们就放弃本次跑步，回家休息。也就是说，我们针对不同的异常情况，选择了不同的处理方式。是不是更符合真实逻辑呢？

在我们写Python代码时，一定也会遇到类似的情况，对不同类型的异常，进行不同逻辑的处理，要怎么实现呢？

很简单，except 的用法和逻辑判断关键字 if 的用法很类似，我们可以用多个 except 处理多种不同的异常，根据传递的异常类型，进入不同的后续代码逻辑，如下：

try:

    print(num)

except NameError:

    print('产生了命名错误')

except IOError:

    print('产生了文件 IO 错误')

except:

    print('出现了其他异常')

在上面的代码中，当 try 包含的程序出现了 NameError 时，会进入到第一个 except 中，输出“产生了命名错误”，而当 try 中的程序出现了 IOError 时，则会进入到第二个 except 中，输出“产生了文件 IO 错误”。而如果出现了非上述两种异常的其他异常时，则会进入到最后一个 except 中。

请注意：它后面是没有指定任何异常类型的。

因此，我们可以用except做到用不同的方式，处理不同类型的异常错误。这是不是和 if 语句的多个条件很像呢？

6.使用 else 处理非异常情况

前一节中，我们说except很像if，可以传入不同的异常类型作为条件。那么，有没有跟else类似的用法呢？当然有！而且是完全相同的用法！

类似if...else...的用法，我们也可以使用 else，和 except 进行搭配！当没有发生异常时，进入 else 后面的代码继续运行。

try:

    num = 100

    print(num)

except NameError as result:

    print("捕获到了异常, 信息是： ", result)

else:

    print("程序正常运行，没有异常。")

运行结果

是不是和我们之前学过的逻辑表达式if... else...很像？

请注意：else指的是没有异常时，进入的逻辑，而并非没有捕捉到异常时，代码进入的逻辑。

因此，如果上面的代码里，程序发生了NameError之外的其他类型的异常，而没有被捕捉到，except语句和else语句都不会被执行，而程序会因为异常而退出。

注意：Python与其他语言不一样，它认为使用try...except...else可以更清晰地描述逻辑控制流程，而其他语言例如Java，则没有else这种控制流关键字。

7 .try... finally...

这部分，我们同样用跑步的例子打比方：我们无论是跑完全程还是中途停止，都需要慢走几分钟，来降低心率、喝几口水来补充水分，让身体缓慢恢复，是不是这样呢？

作为程序，也是一样， 比如文件关闭，释放锁，把数据库连接返还给连接池等。try...finally...语句就是用来处理这样的情况的。在程序中，如果一段代码必须要执行，即无论异常是否产生都要执行，那么此时就需要使用 finally，将这段代码包裹起来。

我们看下面的例子：

import time

try:

    f = open('test.txt')

    try:

        while True:

            content = f.readline()

            if len(content) == 0:

                break

            time.sleep(2)

            print(content)

    except:

        #如果在读取文件的过程中，产生了异常，那么就会捕获到

        #比如 按下了 ctrl+c

        pass

    finally:

        f.close()

        print('关闭文件')

except:

    print("没有这个文件")

test.txt 文件中每一行数据打印，我们故意在每打印一行之前用 time.sleep 方法暂停 2 秒钟。这样做的原因是让程序运行得慢一些。在程序运行的时候，按 Ctrl+c 中断（取消）程序。

这样，我们就可以观察到 KeyboardInterrupt 异常被触发，程序退出。但是在程序退出之前，finally 从句仍然被执行，把文件关闭。这样就确保了无论程序是否正确运行，都不会阻塞如文件、网络、内存等一些公共资源，提高了系统的稳定性和代码逻辑的严密性。

8.小结

经过本章的学习，我们知道，异常捕获和处理主要由 try/except/else/finally 几部分构成，请你一定要牢牢记住下面的代码示例：

try:

     # 正常的代码逻辑

except A:

     # Exception A 的处理逻辑

except B:

     # Exception B 的处理逻辑

except:

     # 其他异常的处理逻辑

else:

     # 如果没发生异常，执行这里

finally:

     # 无论是否发生异常，最后执行这里

#    

Python的异常处理看似复杂，实际上只要记住上面的总结规律即可。

问题：以下哪个组合是错误的搭配？

A. try... except...                            

错误答案：try...except...是最基本的异常捕获及处理方式

B. try... else...                                

正确答案:  else必须跟在一个except之后，因此这是错误的用法

C. try ... except...finally...               

错误答案：在try...except...基础上加上finally，可以确保无论是否发生异常都执行finally里面的代码

D. try... finally...

错误答案：不使用except表示不处理异常，但finally内的代码仍会被执行，而异常会向上抛出

第三关 异常的传递

1. 导言

在上一章中，我们学习了使用try来捕获异常，并学习了使用except等方式，对异常进行处理。而有时候，我们的代码可能被封装在某个函数体中，这个函数又被其他的函数所调用，以此类推，会产生多层函数调用栈。这时，就可能会出现内部的函数没有足够的信息去正确处理异常。

再次拿我们跑步的例子来说明，我们人脑指挥身体开始跑步，身体指挥手部摆手，腿部跑动。这时如果膝盖感受到了疼痛，膝盖实际上并不知道该怎么办，于是传递给身体，通过脑电波告诉跑者，膝盖发生了疼痛，跑者这时才决定暂停跑步。

这就涉及到一个问题——异常的传递，异常需要从初始发生的地方，告知它的调用者，从而做出正确的异常处理。你可能觉得会很复杂，实际上，Python的异常传递非常简单直观，let's go!

try 嵌套传递

在Python中，如果我们不使用 except 去处理异常，那么异常就会向“外层”传递。

第一种传递过程是向 try 语句外层传递，如果外层有另外一个 try 语句嵌套，则外层的 try 会捕获到这个异常。看下面的例子：

import time

try:

    f = open('test.txt')

    try:

        print(num)

    finally:

        f.close()

        print('关闭文件')

except:

    print("发生了错误")

当这段代码文件同一目录下没有'test.txt'这个文件时，我们运行会得到如下结果：

当'test.txt'存在时，运行上述代码，我们会看到下面的结果：

可以看到，第二个 try 语句打印不存在的变量，会产生 NameError，在执行完 finally 语句内的关闭文件后，异常被外层嵌套的 try 语句对应的 except 捕获到。

总结一下：对于 try 包含的代码，如果没有用 except 去捕获异常，则异常会向外层传递，直到遇到下一层的 try 和 except。

3.函数调用传递

前面的代码，是不是看起来有点啰嗦？

使用多个try嵌套异常，是我们比较少会书写的代码。而在实际的项目中，我们更常见到的情况是：在函数的多级调用中，被调用的函数出现了异常。

与前面的例子类似，如果在函数中没有使用 except 捕获异常，它会向函数的调用方逐层传递，直到遇到 try 和对应的 except 将其捕获。参考下面的例子：

def test1():

    print("----test1-1----")

    print(num)

    print("----test1-2----")

def test2():

    print("----test2-1----")

    test1()

    print("----test2-2----")

def test3():

    try:

        print("----test3-1----")

        test1()

        print("----test3-2----")

    except Exception as result:

        print("捕获到了异常，信息是:%s" % result)

    print("----test3-2----")

test3()

print("------华丽的分割线-----")

test2()

print("这里永远也不会被执行")

运行后结果如下：

可以看到，第一次调用 test3()，test1()中产生的异常，由 test3()中的 try...except...捕获到，并打印出错误的信息。系统继续执行，第二次 test2()中没有做异常处理，则 test1()的异常向上传递，直至没有代码对它进行处理，程序最后运行中断。

这就是函数调用传递，需要你理解记忆。

第四关 自定义异常

使用 raise 抛出自定义异常

我们在跑步中，也可能没遇到任何问题，就单方面的由于“心情不好”而中断了本次跑步。因此我们需要自己去创建“心情不好”这个异常类，并对它进行捕获和处理。那这时候要怎么做呢？又或者我们相对某种特定的异常，需要进行统一的处理、或是描述，又要怎么实现呢？

这就需要我们来自定义自己的异常了。

我们已经学习了如何捕获且处理异常，同时，我们也可以针对自己写的代码逻辑，主动向外层调用者传递异常，也叫做”抛出异常“，以告诉别人程序产生了错误。

我们已经知道，所有的异常，都是 Python 内置的 Exception 类的子类，因此我们可以定义一个继承自 Exception 的类，作为自定义异常，如下：

class ShortInputException(Exception):

    '''自定义的异常类'''

    def __init__(self, length, atleast):

        #super().__init__()

        # 我们可以向类中添加属性

        self.length = length

        self.atleast = atleast

在 Python 中，我们可以用 raise 语句来抛出一个异常，继续完成我们的例子:

class ShortInputException(Exception):

    '''自定义的异常类'''

    def __init__(self, length, atleast):

        #super().__init__()

        # 我们可以向类中添加属性

        self.length = length

        self.atleast = atleast

def main():

    try:

        s = input('请输入 --> ')

        if len(s) < 3:

            # raise 引发一个你定义的异常

            raise ShortInputException(len(s), 3)

    except ShortInputException as result:#x 这个变量被绑定到了错误的实例

        print('ShortInputException: 输入的长度是 %d,长度至少应是 %d'% (result.length, result.atleast))

    else:

        print('没有异常发生.')

main()

运行结果如下:

在上述代码中，

首先，我们自定义了一个异常类 ShortInputException，它继承了 Exception 父类；

然后，当我们在代码中使用 raise ShortInputException 抛出异常，在随后的 except 中，我们指定接收异常的类型为 ShortInputException，就可捕获到它；

最后，我们通过 as 操作符，将异常对象赋值给 result 变量。

这样我们可以在 except 的主体内，访问到它的 length 和 atleast 属性。

请注意：以上程序中，关于代码#super().__init__()的说明：

这一行代码，可以调用也可以不调用。

但这里逍遥老师还是建议你调用。

因为__init__方法一般是用来对创建完的对象进行初始化工作，如果在子类中重写了父类__init__方法，这就意味着父类中的很多初始化工作没有做，这样就不保证程序的稳定了。所以你在以后的开发中，如果重写了父类的__init__方法，最好是先调用父类的这个方法，然后再添加自己的功能。

第五关 异常的应用与总结

1. 异常的应用

怎么样，以上就是Python的异常的处理，是不是很直观也不复杂？

学习完了以上内容，你已经知道了如何在Python中处理异常和使用异常。而在实际的项目代码中，我们还需要确定哪些代码需要进行异常处理，即：预测异常。

这里我们一般基于以下原则：“依赖于外部环境，且不可控的代码，需要捕获处理异常。”常见的异常应用场景有：

l 用户输入：不确定用户会输入什么样的数据导致出错

l 网络连接：网络连接可能会中断

l 文件读写：文件可能不存在

l 数据库查找：想要查找的数据可能不存在

l 远程API调用：输入的参数、URL等可能不正确或对方服务出错

l ...

你也自己可以思考一下，你还遇到哪些异常的应用场景？

2.异常处理原则

当你遇到符合条件的异常场景时，可以使用ry来捕获异常。而捕获之后，该如何处理异常呢？我们的原则是：“让程序可以恢复运行状态”。

因此，except语句中的逻辑，除了记录日志，打印错误外，我们也尽量让程序可以继续运行。比如网络出错，则尝试重新连接；数据库查找不到，则返回空列表等等。特别是在一些长时间运行的程序和服务中，正确的异常处理显得格外重要。

你可以查看一下自己过去写的代码，看看有哪里可能导致系统出现不确定的错误。然后试着加入try except异常处理，让你的的系统可以正确的应对，稳定运行。

课程总结

好了，本节课程就到这里，在本门课程中，我们学习到：

如果以上内容你均已掌握，以后就可以通过异常处理，让自己的程序长久稳定运行，即使遇到错误，也可以快速的正确处理并恢复正常运行啦。

接下来，逍遥老师推荐你继续学习下面这个案例课程 --《定制群发微信消息》。在这个课程中我们通过实际案例并巧用异常处理，不到50行代码，就让我们的工作变得更轻松。想知逍遥老师是怎样做到的么？想把异常处理学习的更透彻么？一起来学吧！