第10章 错误和异常

10.1 错误和异常的介绍

Python是一门解释型语言，只有在程序运行后才会执行语法检查。所以，只有在运行或测试程序时，才会真正知道该程序能不能正常运行。

Python有两种错误很容易辨认：语法错误和异常。

10.1.1 编译时语法错误

程序编译时遇到的语法错误。

"""
    演示语法错误
"""
try:
    print(
except Exception as e:
    print(e)
print("其他代码")

以上代码有编译时语法错误：

  File "D:shangguiguPythonProjectchapter10p01_syntax_error.py", line 4
    print(
         ^
SyntaxError: '(' was never closed

10.1.2 异常

Python 程序的语法是正确的，在运行它的时候，也有可能发生错误。运行期检测到的错误被称为异常。

大多数的异常都不会被程序处理，都以错误信息的形式打印出来，错误信息的前面部分显示了异常发生的上下文，并以调用栈的形式显示具体信息。

"""
    演示异常
"""
result = 3 / 0
print(result)

以上代码语法正确，但是运行报错：

Traceback (most recent call last):
  File "D:shangguiguPythonProjectchapter10p02_exception_error.py", line 4, in <module>
    result = 3 / 0
             ~~^~~
ZeroDivisionError: division by zero（除数为0的异常）

运行时语法错误：

try:
    print(eval("abs(-5)"))
    # print(eval("import mathnprint(math.sqrt(9))"))
    exec("import mathnprint(math.sqrt(9))")
    exec("def add(a,b): return a+bnprint(add(5))")
except Exception as e:
    print(e)
print("其他代码")

10.2 异常处理

对异常进行处理并不是将错误规避了，而是当程序运行的时候，出现错误的时候提供解决方案，不终止程序，可以让程序继续执行。

10.2.1 try except

可以使用 try except 语句来捕获异常并处理。

语法格式：

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1:
    异常处理的代码
except 异常类型2:
    异常处理的代码
except(异常类型3, 异常类型4, 异常类型5):
    异常处理的代码
except:
    异常处理的代码

• 如果try没有发生异常，程序会忽略except中的代码，继续向下执行。
• 如果try发生了异常，会忽略try中剩余代码，根据异常类型匹配到相应的 except 并执行其中的代码。
• 如果try发生了异常，且异常类型无法和任何except匹配，也没有独立的except:分支，异常将向外传递。
• 一个except可以同时处理多个异常，将这些异常放在一个元组中。
• 最后一个 except 可以忽略异常类型，它将被作为通配符使用。

演示案例

"""
    异常处理
"""
while True:
    try:
        a = int(input("请输入被除数："))
        b = int(input("请输入除数："))
        print(f"{a} / {b} = {a/b}")
        break
    except (ValueError, TypeError):
        print("必须输入整数")
    except ZeroDivisionError:
        print("除数不能为0")
    except:
        print("未知错误" )
print("End")

10.2.2 获取异常描述信息

语法格式：

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 as 变量名1:
    异常处理的代码
except 异常类型2 as 变量名2:
    异常处理的代码
except(异常类型3, 异常类型4, 异常类型5) as 变量名3:
    异常处理的代码
except:
    异常处理的代码

• except的异常类型后面加as 变量名，当发生这个类型的异常时，异常对象就会被赋值给这个变量。单独的except后面不能加变量名。
• 打印traceback.print_exc()可以打印异常的详细信息，traceback.format_exc()可以返回异常的详细信息，异常对象.__class__获取异常的类型名，异常对象.__str__()返回创建异常对象时传入的描述信息，即异常类型:后面的内容。

示例代码：

"""
    异常处理
"""
import traceback
while True:
    try:
        a = int(input("请输入第一个数字："))
        b = int(input("请输入第二个数字："))
        print(f"{a} / {b} = {a/b}")
        break
    except ValueError as e:
        # traceback.print_exc() # 打印异常的详细信息
        print("输入错误，请重新输入。异常信息是：",e)
    except ZeroDivisionError as e:
        print("除数不能为0。异常信息是：", e)
    except:
        print("未知错误")
print("End")

10.2.3 else

可选地将else放在所有except之后。如果try中代码没有发生异常，将执行 else 中的代码。

语法格式：

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 【as 变量名1】: #【as 变量名1】表示可选的
    异常处理的代码
except 异常类型2 【as 变量名2】:
    异常处理的代码
except(异常类型3, 异常类型4, 异常类型5) 【as 变量名3】:
    异常处理的代码
except:
    异常处理的代码
else:
    try中没有异常且没有return语句才执行的代码

• 从执行效果上说，将代码放到else块和直接放到try块中是一样的。
• 将try正常执行完毕而没有引发任何异常后被执行的代码放到else中。提供了一种清晰的逻辑区分，将正常情况的代码与异常处理代码分开，使代码更易于理解和维护，有助于代码的可读性和可维护性。

示例代码：

"""
    异常处理与else
"""
while True:
    try:
        a = int(input("请输入第一个数字："))
        b = int(input("请输入第二个数字："))
        result = a / b
    except ValueError:
        print("输入错误，请重新输入")
    except ZeroDivisionError:
        print("除数不能为0")
    except:
        print("未知错误" )
    else:
        print(f"{a} / {b} = {result}")
        break

print("End")

10.2.4 finally

可选地，放在最后。无论是否发生异常都会执行的代码，通常用于执行一些必须要进行的清理操作，例如关闭文件、释放资源（如网络连接、数据库连接、锁等），即使在执行 try 块中的代码时出现了异常，也能保证这些操作得以完成。

语法格式：

try:
    可能发生异常的代码
except 异常类型1 【as 变量名1】: #【as 变量名1】表示可选的
    异常处理的代码
except 异常类型2 【as 变量名2】:
    异常处理的代码
except(异常类型3, 异常类型4, 异常类型5) 【as 变量名3】:
    异常处理的代码
except:
    异常处理的代码
else:
    try中没有异常才执行的代码
finally:
    无论是否发生异常，哪怕有return语句都会执行的代码

• finally 语句块是 try-except 结构的一部分，它确保了无论 try 块中是否发生异常，也不管 except 块是否可以捕获异常，其中的代码都会被执行。
• 如果从执行效果上说，大部分场景，将代码放到finally语句和放到try-except块外效果是一样的。
• 但是直接放在try-except结构外面的代码只会在try-except结构正常执行完毕后才会执行，如果在try块中出现异常且没有被except块捕获，那么这部分代码将不会被执行。

示例代码：

"""
    演示finally块的执行特点
"""

try:
    a = int(input("请输入第一个数字："))
    b = int(input("请输入第二个数字："))
    result = a / b
except ValueError:
    print("输入错误，请重新输入")
else:
    print(f"{a} / {b} = {result}")
finally:
    print("finally")

print("End")

10.3 抛出异常

10.3.1 raise

当你想要在代码中明确表示发生了错误或异常情况时，可以使用 raise 来抛出异常。这可以帮助你在满足某些条件时停止程序的正常执行，并将控制权转移到异常处理部分。

语法格式：

raise 异常类型("异常描述")

案例演示：

# 定义Account类
class Account:
    def __init__(self, balance):
        self.__balance = balance

    def withdraw(self, amount):
        if amount < 0:
            raise ValueError("取款金额不能为负数")
        if amount > self.__balance:
            raise ValueError("余额不足")
        self.__balance -= amount

    def deposit(self, amount):
        if amount < 0:
            raise ValueError("存款金额不能为负数")
        self.__balance += amount

    @property
    def balance(self):
        return self.__balance

# 测试
account = Account(1000)
try:
    account.withdraw(-500)
except ValueError as e:
    print("取款失败，", e)

try:
    account.deposit(-500)
except ValueError as e:
    print("存款失败，", e)

try:
    account.withdraw(1500)
except ValueError as e:
    print("取款失败，", e)

try:
    account.withdraw(500)
    print("取款成功，余额为：", account.balance)
except ValueError as e:
    print("取款失败，", e)

10.3.2 assert

assert用于判断一个表达式，在表达式条件为False的时候触发异常，常用于调试程序。

语法格式：

assert 表达式 [,异常描述]

等价于：

if not 表达式:
    raise AssertionError([异常描述])

案例演示：

"""
    演示assert断言
"""
# 待测试函数
def add(a, b):
    return a + b

def multiply(a, b):
    return a * b

# 单元测试（轻量版）
def test_math_functions():
    # 验证加法
    assert add(2, 3) == 5, "加法函数错误：2+3应等于5"
    assert add(-1, 1) == 0, "加法函数错误：-1+1应等于0"
    # 验证乘法
    assert multiply(2, 3) == 6, "乘法函数错误：2*3应等于6"
    assert multiply(0, 5) == 0, "乘法函数错误：0*5应等于0"
    print("所有测试用例通过！")

# 执行测试
test_math_functions()  # 输出：所有测试用例通过！
# 若函数出错（比如multiply返回a+b），则触发断言：乘法函数错误：2*3应等于6

10.4 异常的传递

当存在 try 嵌套或函数嵌套时，若内层出现了异常且在内层无法处理，会将异常一层一层向外传递，直到异常被处理或程序报错。

# 定义计算三角形面积的函数
def calculate_triangle_area(a, b, c):
    """计算三角形面积的函数"""
    if a + b <= c or a + c <= b or b + c <= a or a <= 0 or b <= 0 or c <= 0:
        raise ValueError("输入的数字无法构成三角形")

    # 使用海伦公式计算面积
    p = (a + b + c) / 2
    area = (p * (p - a) * (p - b) * (p - c)) ** 0.5
    return area

# 处理三角形的函数
def process_triangle():
    """处理三角形的函数"""
    try:
        a = int(input("请输入边长a的值："))
        b = int(input("请输入边长b的值："))
        c = int(input("请输入边长c的值："))

        # 调用计算面积函数
        area = calculate_triangle_area(a, b, c)
        print(f"三角形的面积为：{area}")

    except ValueError:
        print("输入错误，请重新输入")
        raise  # 重新抛出异常给上层

# 测试代码
while True:
    try:
        process_triangle()
        break
    except ValueError as e:
        print(e)

10.5 with

Python中的with语句用于异常处理，封装了try except finally编码范式，提供了一种简洁的方式来确保资源的正确获取和释放，同时处理可能发生的异常，提高了易用性。使代码更清晰、更具可读性，简化了文件流等公共资源的管理。

10.5.1 语法格式

语法格式：

with expression as variable:
    # 代码块

• expression：通常是一个对象或函数调用，该对象需要是一个上下文管理器，即实现了 __enter__和__exit__方法。
• variable：是可选的，用于存储expression的__enter__方法的返回值。

10.5.2 示例代码

1、未正确关闭资源

# 定义函数：未在finally中关闭文件
def not_close_in_finally():
    file = None
    try:
        # file = open("test.txt", "r")
        file = open("test.txt", "w")
        file.write('atguigu')
        file.close()
        print("文件写入成功")
    except OSError as e:
        print("文件写入失败：",e)
    finally:
        if file:
            print("文件是否关闭：", file.closed)  # 文件是否关闭： False
        else:
            print("文件未打开")

# 调用测试
not_close_in_finally()

2、在finally中正确关闭文件

# 定义一个函数，处理文件
def use_finally():
    file = None
    try:
        # file = open("test.txt", "r")
        file = open("test.txt", "w")
        file.write('atguigu')
        print("文件写入成功")
    except OSError as e:
        print("文件写入失败：",e)
    finally:
        if file:
            file.close()
            print("文件已关闭")
            print("文件是否关闭：", file.closed)  # 文件是否关闭： False
        else:
            print("文件未打开")

# 测试
use_finally()

3、使用with关键字自动关闭文件

# 定义一个函数，处理文件
def use_with():
    try:
        # with open("test.txt", "w") as file:
        with open("test.txt", "r") as file:
            file.write('atguigu')
            print("文件写入成功")
    finally:
        print("文件是否关闭：", file.closed)  # 文件是否关闭： False

# 测试
use_with()

10.5.3 工作原理

• 当执行with语句时，会自动调用expression对象的__enter__方法。__enter__方法的返回值可以被存储在 variable 中（如果有），以供 with 代码块中使用。
• 然后执行 with 语句内部的代码块。
• 无论在代码块中是否发生异常，都会自动调用 expression 对象的__exit__方法，以确保资源的释放或清理工作，这类似于 try-except-finally 中的 finally 子句。

close方法与__exit__方法的区别

• close：是文件对象的普通方法，用于显式关闭文件，需要手动调用。如果在 close() 之前发生异常，文件可能不会被关闭。
• __exit__：是上下文管理器协议的特殊方法，在 with 语句结束时自动调用，由 Python 解释器自动调用。即使发生异常，也会确保执行清理操作。

10.6 异常类型

Python 所有异常类的顶层根类是 BaseException，所有异常都直接 / 间接继承它，核心分支分「系统级异常」和「业务级异常」，开发中常用的Exception是业务异常的父类。Python 异常继承的 3 个关键规则：

• 捕获父类 = 捕获所有子类：捕获某个异常类时，会自动捕获其所有直接 / 间接子类，比如捕获LookupError，会同时捕获IndexError和KeyError：
• 捕获顺序：先子类，后父类：Python 按except的书写顺序匹配异常，若父类写在子类前面，子类异常会被父类 “拦截”，导致精准捕获失效：
• 自定义异常必须继承 Exception（而非 BaseException）

常见的部分异常类型

异常	子类异常	子类异常		说明
BaseException（根）	SystemExit			sys.exit () 触发，程序正常退出，不建议捕获
	KeyboardInterrupt			Ctrl+C 触发，用户主动中断，不建议捕获
	Exception			所有业务级异常的核心父类，开发中 99% 的场景捕获此类及其子类
		SyntaxError		编译时语法错误（非运行时异常）
			IndentationError	缩进错误
		ArithmeticError		算术运算通用异常，封装各类数值计算错误
			ZeroDivisionError	除法 / 取模运算除数为 0，最常用的算术异常
			OverflowError	数值运算结果超出可表示范围（主要浮点数）
		LookupError		「查找失败」通用父类，统一序列 / 字典的查找异常，便于批量捕获
			IndexError	列表 / 元组 / 字符串等序列索引越界
			KeyError	字典访问不存在的键
		OSError		Python3.3 + 整合 IOError，成为系统 / IO 通用异常，覆盖文件 / 系统相关错误
			FileNotFoundError	只读模式打开不存在的文件 / 路径
			PermissionError	对文件执行无权限操作（读 / 写 / 执行）
			IsADirectoryError	对目录执行文件操作（如 open 一个文件夹）
		ImportError		导入相关错误，Python3.6 + 新增子类 ModuleNotFoundError
		NameError		使用未定义的变量 / 函数 / 类，子类 UnboundLocalError（局部变量未绑定）
		AttributeError		访问对象不存在的属性 / 方法，或修改不可变对象属性
		TypeError		类型不匹配（如数字 + 字符串相加）、函数传参类型错误
		ValueError		类型正确但值非法（如 int (“abc”)），子类 UnicodeError（编码 / 解码错误）
		StopIteration		迭代器遍历完所有元素后，继续调用next()
		AssertionError		assert 语句条件为 False，断言验证失败（调试用）

10.7 自定义异常

通过直接或者间接继承Exception类来创建自己的异常。例如：

"""
    自定义异常
"""
# 定义异常类
class NotATriangleError(Exception):
    """自定义异常类"""
    pass

# 测试
while True:
    try:
        a = int(input("请输入第一个数字："))
        b = int(input("请输入第二个数字："))
        c = int(input("请输入第三个数字："))
        if a + b <= c or a + c <= b or b + c <= a or a<=0 or b<=0 or c<=0:
            raise NotATriangleError("输入的数字无法构成三角形")
        print("三角形的周长为：", a + b + c)
        break
    except ValueError as e:
        print("输入错误，请重新输入整数值：",e)
    except NotATriangleError as e:
        print(e)