Python基础：错误和异常

在这里插入图片描述

在Python中的错误可（至少）被分为两种：语法错误和 异常，均是指在程序中发生的问题和意外情况。Python提供了异常处理机制，使程序能够更容易地应对这些问题。

1. 语法错误（Syntax Error）

语法错误，又称解析错误，是Python中常见的错误，主要是因为代码不符合Python语法规则而引起的错误，它们在代码解析阶段就会被检测，因此程序无法继续执行。解析器会复现出现句法错误的代码行，并用小“箭头”指向行里检测到的第一个错误。
下面是一些语法错误的示例：
1）缺少冒号

while True print('hello world')
``![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/baf0b6e94ae04a0b9fc40891e8de5fcb.png#pic_center)
&emsp;&emsp;**2）括号不匹配**

```python
print('hello world!'

在这里插入图片描述
3)缩进错误

if True:
print('Indented incorrectly')

在这里插入图片描述
4)关键字拼写错误

whil True:
print('Misspelled keyword')

在这里插入图片描述

2. 异常

即使语句或表达式使用了正确的语法，执行时仍可能触发错误。执行时检测到的错误称为 异常，异常不一定导致严重的后果。大多数异常是由于程序错误、外部调减变化或其他意外情况引起的，不会被程序处理，而是显示错误信息，下面示例说明：
1）零除错误（ZeroDivisionError）

# ZeroDivisionError 的示例
result = 10 / 0

在这里插入图片描述
2）NameError

# NameError 的示例
print(undefined_variable)

在这里插入图片描述
3）类型错误（TypeError）

# TypeError 的示例
result = "5" + 3

在这里插入图片描述
4) 运行时异常

# 未明确指定异常引发 RuntimeError
def example_function():
    raise RuntimeError("An unspecified runtime error occurred.")

example_function()

在这里插入图片描述
内置异常结构：
BaseException
├── BaseExceptionGroup
├── GeneratorExit
├── KeyboardInterrupt
├── SystemExit
└── Exception
├── ArithmeticError
│ ├── FloatingPointError
│ ├── OverflowError
│ └── ZeroDivisionError
├── AssertionError
├── AttributeError
├── BufferError
├── EOFError
├── ExceptionGroup [BaseExceptionGroup]
├── ImportError
│ └── ModuleNotFoundError
├── LookupError
│ ├── IndexError
│ └── KeyError
├── MemoryError
├── NameError
│ └── UnboundLocalError
├── OSError
│ ├── BlockingIOError
│ ├── ChildProcessError
│ ├── ConnectionError
│ │ ├── BrokenPipeError
│ │ ├── ConnectionAbortedError
│ │ ├── ConnectionRefusedError
│ │ └── ConnectionResetError
│ ├── FileExistsError
│ ├── FileNotFoundError
│ ├── InterruptedError
│ ├── IsADirectoryError
│ ├── NotADirectoryError
│ ├── PermissionError
│ ├── ProcessLookupError
│ └── TimeoutError
├── ReferenceError
├── RuntimeError
│ ├── NotImplementedError
│ └── RecursionError
├── StopAsyncIteration
├── StopIteration
├── SyntaxError
│ └── IndentationError
│ └── TabError
├── SystemError
├── TypeError
├── ValueError
│ └── UnicodeError
│ ├── UnicodeDecodeError
│ ├── UnicodeEncodeError
│ └── UnicodeTranslateError
└── Warning
├── BytesWarning
├── DeprecationWarning
├── EncodingWarning
├── FutureWarning
├── ImportWarning
├── PendingDeprecationWarning
├── ResourceWarning
├── RuntimeWarning
├── SyntaxWarning
├── UnicodeWarning
└── UserWarning

3. 异常的处理

异常处理是一种在程序执行过程中检测、响应和处理异常的机制。在 Python 中，异常处理通常使用 try、except、else和 finally关键字。
try语句的工作原理如下：
1）首先，执行 try 子句（try和 except关键字之间的（多行）语句）。
2）如果没有触发异常，则跳过except 子句，try语句执行完毕。
3）如果在执行 try子句时发生了异常，则跳过该子句中剩下的部分。如果异常的类型与 except关键字后指定的异常相匹配，则会执行 except 子句，然后跳到 try/except 代码块之后继续执行。
4）如果发生的异常与except 子句中指定的异常不匹配，则它会被传递到外部的 try语句中；如果没有找到处理程序，则它是一个未处理异常且执行将终止并输出如上所示的消息。
try 语句可以有多个 except 子句来为不同的异常指定处理程序。但最多只有一个处理程序会被执行。处理程序只处理对应的 try 子句中发生的异常，而不处理同一try语句内其他处理程序中的异常。 except 子句可以用带圆括号的元组来指定多个异常。
下面是异常处理的基本结构：

try:
    # 尝试执行可能引发异常的代码
    num = int(input("Enter a number: "))
    result = 10 / num
except ZeroDivisionError:
    # 处理除以零的异常
    print("Cannot divide by zero.")
except ValueError as ve:
    # 处理输入非整数的异常
    print(f"Invalid input: {ve}")
else:
    # 如果没有异常发生时执行的代码
    print(f"Result: {result}")
finally:
    # 无论是否发生异常都执行的代码
    print("Execution complete.")

try块包含可能引发异常的代码。
如果在try 块中发生异常，程序将跳转到匹配的 except 块来处理异常。
except 块可以捕获特定类型的异常，并提供相应的处理代码。
else块包含在没有异常发生时执行的代码。
finally 块包含无论是否发生异常都会执行的代码，通常用于清理工作。

3. 触发异常

可以使用raise 语句来主动触发异常。raise 语句允许你在程序执行过程中引发特定类型的异常，以便在需要的时候中断程序的正常流程并执行相应的异常处理代码。

def divide_numbers(a, b):
    if b == 0:
        raise ValueError("Cannot divide by zero.")
    else:
        return a / b

try:
    result = divide_numbers(10, 2)
    print(f"Result: {result}")
    
    # 触发异常
    result = divide_numbers(5, 0)
    print(f"Result: {result}")  # 这一行不会被执行
except ValueError as ve:
    print(f"Caught a ValueError: {ve}")
finally:
    print("Execution complete.")

在这里插入图片描述

在这个例子中，divide_numbers函数尝试执行除法操作。如果除数 b 是零，就会触发 ValueError 异常，指示不能除以零。在 try 块中，先调用了 divide_numbers(10, 2)，然后再调用了 divide_numbers(5, 0)。由于除以零，导致了ValueError异常的触发。

4. 引发和处理多个不相关异常

在有些情况下，有必要报告几个已经发生的异常。这通常是在并发框架中当几个任务并行失败时的情况，但也有其他的用例，有时需要是继续执行并收集多个错误而不是引发第一个异常。
内置的 ExceptionGroup打包了一个异常实例的列表，这样它们就可以一起被引发。它本身就是一个异常，所以它可以像其他异常一样被捕获。

def f():
    excs = [OSError('error 1'), SystemError('error 2')]
    raise ExceptionGroup('there were problems', excs)
f()

引发异常信息：
在这里插入图片描述捕获异常：

# 捕获异常 输出 caught <class 'ExceptionGroup'>: e
try:
    f()
except Exception as e:
    print(f'caught {type(e)}: e')

5. 用注释细化异常情况

当一个异常被创建以引发时，它通常被初始化为描述所发生错误的信息。在有些情况下，在异常被捕获后添加信息是很有用的。为了这个目的，异常有一个 add_note(note) 方法接受一个字符串，并将其添加到异常的注释列表。标准的回溯在异常之后按照它们被添加的顺序呈现包括所有的注释。

try:
    raise TypeError('bad type')
except Exception as e:
    e.add_note('Add some information')
    e.add_note('Add some more information')
    raise

在这里插入图片描述
例如，当把异常收集到一个异常组时，可能想为各个错误添加上下文信息。在下文中，组中的每个异常都有一个说明，指出这个错误是什么时候发生的。

def f():
    raise OSError('operation failed')
excs = []
for i in range(3):
    try:
        f()
    except Exception as e:
        e.add_note(f'Happened in Iteration {i+1}')
        excs.append(e)
raise ExceptionGroup('We have some problems', excs)