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Python入门：Python3 错误和异常全面学习教程

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Python入门：Python3 错误和异常全面学习教程

Python入门：Python3 错误和异常全面学习教程，系统讲解了Python3中错误与异常的相关知识。文章先区分了语法错误与异常的差异，前者因代码格式问题导致解析失败，后者是运行时出现的意外情况。接着介绍了常见异常类型，如TypeError、ValueError等及其触发场景。核心部分阐述了异常处理机制，包括try-except语句捕获异常、else子句处理无异常情况、finally子句执行清理操作，还提及raise主动抛异常和自定义异常类的方法。此外，文章结合实例说明最佳实践，帮助开发者从识别错误根源到高效处理异常，提升代码健壮性。

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前言

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Python3 错误和异常全面学习教程

🌐 前篇文章咱们讲解了 Python入门：Python3 OS 文件/目录方法全面学习教程 ，如果忘记了，可以去重温一下，不停的重复敲击基础代码，有助于让你更加熟练掌握一门语言。今天咱们学习 Python3 错误和异常全面学习教程，下面开始吧！

在 Python 编程的学习过程中，错误和异常是我们必然会遇到的问题。初学者往往会被突如其来的报错信息搞得手足无措，但实际上，只要掌握了错误和异常的相关知识，就能轻松应对这些问题。本文将详细介绍 Python3 中的错误和异常，包括它们的类型、识别方法以及处理方式，帮助你更好地理解和运用 Python。

一、错误与异常的基本概念

Python 中有两种容易辨认的问题：语法错误和异常。

1. 语法错误

语法错误，也称为解析错，是初学者最常遇到的问题。当 Python 解析器无法理解我们编写的代码时，就会抛出语法错误。

例如：

#注意这是一个死循环，如果想停止Ctrl+C就可以了
while True print('Hello world')
控制台输出

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在这个例子中，print() 函数前面缺少了一个冒号 :，导致 Python 解析器无法正确解析代码，从而抛出了 SyntaxError。解析器会指出出错的一行，并在最先找到错误的位置标记一个箭头，帮助我们定位问题。

2. 异常

即使 Python 程序的语法是正确的，在运行过程中也可能会出现错误，这种在运行期检测到的错误被称为异常。

大多数异常不会被程序自动处理，而是以错误信息的形式显示出来。例如：

10 * (1/0)             # 0 不能作为除数，触发异常
控制台输出

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4 + spam*3             # spam 未定义，触发异常
控制台输出

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>>> '2' + 2               # int 不能与 str 相加，触发异常
控制台输出

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异常以不同的类型出现，上述例子中的异常类型分别是 ZeroDivisionError、NameError 和 TypeError。错误信息的前面部分会显示异常发生的上下文，并以调用栈的形式展示具体信息，有助于我们追踪问题根源。

另外，Python 中的 assert（断言）也会触发异常。assert 用于判断一个表达式，当表达式条件为 false 时，就会触发异常。

二、异常处理方法

为了让程序在遇到异常时能够继续执行，而不是直接崩溃，我们需要对异常进行处理。Python 提供了多种异常处理机制，其中最常用的是 try/except 语句。

1. try/except 语句

try/except 语句可以捕捉并处理异常。其基本语法如下：

try:
    # 可能会发生异常的代码块
except 异常类型1:
    # 处理异常类型1的代码块
except 异常类型2:
    # 处理异常类型2的代码块
...
工作原理
  • 首先执行 try 子句（try 和 except 之间的语句）。
  • 如果没有异常发生，忽略 except 子句，try 子句执行后结束。
  • 如果在执行 try 子句过程中发生异常，try 子句余下部分被忽略。若异常类型与 except 之后的名称相符，对应的 except 子句将被执行。
  • 若异常未与任何 except 匹配，该异常会传递给上层的 try 中。

例如，让用户输入一个合法整数，若输入非数字则提示重新输入：

while True:
    try:
        x = int(input("请输入一个数字: "))
        break
    except ValueError:
        print("您输入的不是数字，请再次尝试输入！")
多个 except 子句

一个 try 语句可以包含多个 except 子句，分别处理不同特定异常，最多只有一个分支会被执行。

例如：

import sys
try:
    f = open('myfile.txt')
    s = f.readline()
    i = int(s.strip())
except OSError as err:
    print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
    print("Could not convert data to an integer.")
except:
    print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
    raise

其中，最后一个 except 子句可以忽略异常名称，作为通配符使用，可打印错误信息后再次抛出异常。

处理多个异常

一个 except 子句可以同时处理多个异常，将这些异常放在一个括号里组成元组即可。例如：

except (RuntimeError, TypeError, NameError):
    pass

2. try/except…else 语句

try/except 语句还有一个可选的 else 子句，必须放在所有 except 子句之后。else 子句在 try 子句没有发生任何异常时执行。

例如，判断文件是否可打开，若正常打开则读取文件内容：

import sys
for arg in sys.argv[1:]:
    try:
        f = open(arg, 'r')
    except IOError:
        print('cannot open', arg)
    else:
        print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
        f.close()

使用 else 子句比把所有语句都放在 try 子句里更优，可避免一些 except 无法捕获的意外异常。

此外，异常处理不仅能处理 try 子句中直接发生的异常，还能处理子句中调用的函数（甚至间接调用的函数）抛出的异常。例如：

def this_fails():
    x = 1/0
   
try:
  this_fails()
except ZeroDivisionError as err:
  print('Handling run-time error:', err)

上面代码执行：Handling run-time error: division by zero

3. try-finally 语句

try-finally 语句无论是否发生异常，都会执行最后的代码。

例如：

try:
    runoob()
except AssertionError as error:
    print(error)
else:
    try:
        with open('file.log') as file:
            read_data = file.read()
    except FileNotFoundError as fnf_error:
        print(fnf_error)
finally:
    print('这句话，无论异常是否发生都会执行。')

三、抛出异常

Python 使用 raise 语句抛出一个指定的异常，语法格式如下：

raise [Exception [, args [, traceback]]]

例如，若 x 大于 5 就触发异常：

x = 10
if x > 5:
    raise Exception('x 不能大于 5。x 的值为: {}'.format(x))

执行以上代码会触发异常：

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 3, in <module>
    raise Exception('x 不能大于 5。x 的值为: {}'.format(x))
Exception: x 不能大于 5。x 的值为: 10

raise 的唯一参数指定要抛出的异常，它必须是一个异常的实例或者异常的类（即 Exception 的子类）。

若只想知道是否抛出异常，不想处理它，可使用简单的 raise 语句再次抛出：


>>> try:
        raise NameError('HiThere')  # 模拟一个异常。
    except NameError:
        print('An exception flew by!')
        raise
   

# 执行以上代码会触发异常：
An exception flew by!
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in ?
NameError: HiThere

四、用户自定义异常

我们可以通过创建新的异常类来定义自己的异常，异常类需继承自 Exception 类，可以直接继承或间接继承。

例如：

class MyError(Exception):
    def __init__(self, value):
        self.value = value
    def __str__(self):
        return repr(self.value)
   
try:
    raise MyError(2*2)
except MyError as e:
        print('My exception occurred, value:', e.value)
   
#代码执行结果：My exception occurred, value: 4
raise MyError('oops!')
控制台输出

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当一个模块可能抛出多种不同异常时，通常的做法是为该包建立一个基础异常类，再基于这个基础类为不同错误情况创建子类：

class Error(Exception):
    """Base class for exceptions in this module."""
    pass
class InputError(Error):
    """Exception raised for errors in the input.
    Attributes:
        expression -- input expression in which the error occurred
        message -- explanation of the error
    """
    def __init__(self, expression, message):
        self.expression = expression
        self.message = message
class TransitionError(Error):
    """Raised when an operation attempts a state transition that's not
    allowed.
    Attributes:
        previous -- state at beginning of transition
        next -- attempted new state
        message -- explanation of why the specific transition is not allowed
    """
    def __init__(self, previous, next, message):
        self.previous = previous
        self.next = next
        self.message = message

大多数异常的名字都以“Error”结尾，与标准异常命名保持一致。

五、定义清理行为

try 语句还有一个可选子句，用于定义无论何种情况都要执行的清理行为。

例如：

try:
    raise KeyboardInterrupt
finally:
    print('Goodbye, world!')

# 执行结果：
Goodbye, world!
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
KeyboardInterrupt

不管 try 子句中是否发生异常，finally 子句都会执行。

若一个异常在 try 子句（或 except 和 else 子句）中被抛出，且没有任何 except 截住它，该异常会在 finally 子句执行后被抛出。

再看一个更复杂的例子（同一个 try 语句包含 except 和 finally 子句）：

def divide(x, y):
    try:
        result = x / y
    except ZeroDivisionError:
        print("division by zero!")
    else:
        print("result is", result)
    finally:
        print("executing finally clause")

divide(2, 1)
divide(2, 0)
divide("2", "1")
控制台输出

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六、预定义的清理行为

一些对象定义了标准的清理行为，当不再需要它们时，无论系统是否成功使用过，都会执行这些清理行为。

例如，尝试打开一个文件并将内容打印到屏幕上：

for line in open("myfile.txt"):
    print(line, end="")

这段代码的问题是执行完毕后，文件会保持打开状态而不关闭。

使用 with 语句可以保证诸如文件之类的对象在使用完后一定会正确执行清理方法：

with open("myfile.txt") as f:
    for line in f:
        print(line, end="")

以上代码执行完毕后，即使处理过程中出现问题，文件 f 也总会被关闭。

总结

本文详细介绍了 Python3 中的错误和异常，包括语法错误和异常的区别、异常处理的各种方法（try/except、try/except...else、try-finally）、如何抛出异常、自定义异常以及清理行为的定义等内容。掌握这些知识，能帮助你在 Python 编程中更好地处理各种错误和异常，提高程序的健壮性和可靠性。希望本文对你的 Python 学习有所帮助！

💡下一篇咱们学习 Python3 面向对象全面学习教程！

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