一.异常处理认识

1.基础认识

开发人员在编写程序时，难免会遇到错误，有的是编写人员疏忽造成的语法错误，有的是程序内部隐含逻辑问题造成的数据错误，还有的是程序运行时与系统的规则冲突造成的系统错误，等等。总的来说，编写程序时遇到的错误可大致分为 2 类，分别为语法错误和运行时错误。

2.python语法错误

语法错误，也就是解析代码时出现的错误。当代码不符合 Python 语法规则时，Python解释器在解析时就会报出 SyntaxError 语法错误，与此同时还会明确指出最早探测到错误的语句。例如：print "Hello,World!"

我们知道，Python 3 已不再支持上面这种写法，所以在运行时，解释器会报如下错误：

SyntaxError: Missing parentheses in call to ‘print’

我们来学英语–syntax： n.句法、句法规则、语构

语法错误多是开发者疏忽导致的，属于真正意义上的错误，是解释器无法容忍的，因此，只有将程序中的所有语法错误全部纠正，程序才能执行。

3.运行时错误

运行时错误，即程序在语法上都是正确的，但在运行时发生了错误。例如：a = 1/0

上面这句代码的意思是“用 1 除以 0，并赋值给 a 。因为 0 作除数是没有意义的，所以运行后会产生如下错误：

a = 1/0
Traceback (most recent call last):
File “<pyshell#2>”, line 1, in
a = 1/0
ZeroDivisionError: division by zero

以上运行输出结果中，前两段指明了错误的位置，最后一句表示出错的类型。在 Python 中，把这种运行时产生错误的情况叫做异常（Exceptions）。

在Python中，常见的异常情况有以下几种：

1. SyntaxError：语法错误，通常是程序编写时出现的，例如使用了不合法的标识符、不完整的语句等。
2. NameError：名称错误，通常是因为使用了不存在的变量或函数名造成的。
3. TypeError：类型错误，通常是因为使用了不匹配的数据类型造成的，例如将字符串和数字相加或将元组和列表进行比较等。
4. ValueError：数值错误，通常是因为使用了无效的数值，例如将一个无法转换为整数的字符串转换为整数类型。
5. IndexError：索引错误，通常是因为使用了超出范围的索引或切片造成的。
6. KeyError：键错误，通常是因为使用了不存在的键或没有初始化的字典造成的。
7. AttributeError：属性错误，通常是因为使用了不存在的属性或操作不合法的属性造成的。
8. ZeroDivisionError：除零错误，通常是因为在除法运算中分母为零造成的。

一般情况下，Python中的异常都能够给出明确的提示信息，有助于我们快速准确定位问题所在。在处理异常时，我们可以使用try…except…finally语句块进行处理，避免程序因为异常而意外终止。

4.异常处理

当一个程序发生异常时，代表该程序在执行时出现了非正常的情况，无法再执行下去。默认情况下，程序是要终止的。如果要避免程序退出，可以使用捕获异常的方式获取这个异常的名称，再通过其他的逻辑代码让程序继续运行，这种根据异常做出的逻辑处理叫作异常处理。

开发者可以使用异常处理全面地控制自己的程序。异常处理不仅仅能够管理正常的流程运行，还能够在程序出错时对程序进行必的处理。大大提高了程序的健壮性和人机交互的友好性。

二.异常处理

1.try except异常处理

Python 中，用try except语句块捕获并处理异常，其基本语法结构如下所示：

try:
  可能产生异常的代码块
except [ (Error1, Error2, ... ) [as e] ]:
  处理异常的代码块1
except [ (Error3, Error4, ... ) [as e] ]:
  处理异常的代码块2
except [Exception]:
  处理其它异常

该格式中，[] 括起来的部分可以使用，也可以省略。其中各部分的含义如下：

• (Error1, Error2,…) 、(Error3, Error4,…)：其中，Error1、Error2、Error3 和 Error4 都是具体的异常类型。显然，一个 except 块可以同时处理多种异常。
• [as e]：作为可选参数，表示给异常类型起一个别名 e，这样做的好处是方便在 except 块中调用异常类型（后续会用到）。
• [Exception]：作为可选参数，可以代指程序可能发生的所有异常情况，其通常用在最后一个 except 块。

从try except的基本语法格式可以看出，try 块有且仅有一个，但 except 代码块可以有多个，且每个 except 块都可以同时处理多种异常。

当程序发生不同的意外情况时，会对应特定的异常类型，Python 解释器会根据该异常类型选择对应的 except 块来处理该异常。

try except 语句的执行流程如下：

1. 首先执行 try 中的代码块，如果执行过程中出现异常，系统会自动生成一个异常类型，并将该异常提交给 Python 解释器，此过程称为捕获异常。
2. 当 Python 解释器收到异常对象时，会寻找能处理该异常对象的 except 块，如果找到合适的 except 块，则把该异常对象交给该 except 块处理，这个过程被称为处理异常。如果 Python 解释器找不到处理异常的 except 块，则程序运行终止，Python 解释器也将退出。

2.try except例子

try:
    a = int(input("输入被除数："))
    b = int(input("输入除数："))
    c = a / b
    print("您输入的两个数相除的结果是：", c )
except (ValueError, ArithmeticError):
    print("程序发生了数字格式异常、算术异常之一")
except :
    print("未知异常")
print("程序继续运行")

程序运行结果：

输入被除数：10
输入除数：b
程序发生了数字格式异常、算术异常之一
程序继续运行

3.获取异常的信息

其实，每种异常类型都提供了如下几个属性和方法，通过调用它们，就可以获取当前处理异常类型的相关信息：

• args：返回异常的错误编号和描述字符串；
• str(e)：返回异常信息，但不包括异常信息的类型；
• repr(e)：返回较全的异常信息，包括异常信息的类型。

举个例子：

try:
    1/0
except Exception as e:
    # 访问异常的错误编号和详细信息
    print(e.args)
    print(str(e))
    print(repr(e))

输出结果：

(‘division by zero’,)
division by zero
ZeroDivisionError(‘division by zero’)

除此之外，如果想要更加详细的异常信息，可以使用 traceback 模块。

从程序中可以看到，由于 except 可能接收多种异常，因此为了操作方便，可以直接给每一个进入到此 except 块的异常，起一个统一的别名 e。

4.捕获同样异常

一个 try 块也可以对应多个 except 块，一个 except 块可以同时处理多种异常。如果我们想使用一个 except 块处理所有异常，就可以这样写：

try:    
	#...
except Exception:    
	#...

这种情况下，对于 try 块中可能出现的任何异常，Python 解释器都会交给仅有的这个 except 块处理，因为它的参数是 Exception，表示可以接收任何类型的异常。

下面举一个例子：

try:
    a = int(input("输入 a："))
    b = int(input("输入 b："))
    print( a/b )
except ValueError:
    print("数值错误：程序只能接收整数参数")
except ArithmeticError:
    print("算术错误")
except Exception:
    print("未知异常")

这里刚开始，或许有些疑惑，不是说Exception是所有通用异常吗，那为什么发生这个valueerror错误时，程序执行第一个except模块不是执行最后这个通用的异常模块呢？这是因为程序是顺序执行的，在捕获这个异常后比对第一个except模块时，比对成功就执行它了，执行完就跳出try模块了。所以如果你把第三个except Exception模块放在第一个，他就会执行这个模块。

三.try except模块补充

1.补充else

在原本的try except结构的基础上，Python 异常处理机制还提供了一个 else 块，也就是原有 try except 语句的基础上再添加一个 else 块，即try except else结构。

使用 else 包裹的代码，只有当 try 块没有捕获到任何异常时，才会得到执行；反之，如果 try 块捕获到异常，即便调用对应的 except 处理完异常，else 块中的代码也不会得到执行。

举个例子：

try:
    result = 20 / int(input('请输入除数:'))
    print(result)
except ValueError:
    print('必须输入整数')
except ArithmeticError:
    print('算术错误，除数不能为 0')
else:
    print('没有出现异常')
print("继续执行")

2.finally：资源回收

Python 异常处理机制还提供了一个 finally 语句，通常用来为 try 块中的程序做扫尾清理工作。

注意，和 else 语句不同，finally 只要求和 try 搭配使用，而至于该结构中是否包含 except 以及 else，对于 finally 不是必须的（else 必须和 try except 搭配使用）。

在整个异常处理机制中，finally 语句的功能是：无论 try 块是否发生异常，最终都要进入 finally 语句，并执行其中的代码块。

基于 finally 语句的这种特性，在某些情况下，当 try 块中的程序打开了一些物理资源（文件、数据库连接等）时，由于这些资源必须手动回收，而回收工作通常就放在 finally 块中。

Python 垃圾回收机制，只能帮我们回收变量、类对象占用的内存，而无法自动完成类似关闭文件、数据库连接等这些的工作。

3.结构流程图

四.手动抛出异常

1.个人理解

由于在python中不像其他编程语言，定义一个变量前面需要用数据类型定义，所以python中的一个变量可以是任何数据类型。现在假设你用一个变量存入用户的电话（纯数字），但是现在有的用户它输入的是字母，程序并没有出现逻辑错误，检测不到异常，直到最后输出结果你才会发现报错。这个时候，就需要你自己手动来抛出这个异常。所谓抛出这个异常，就是使用raise告诉程序这里出现了异常，然后程序寻找对应的except模块进行处理，如果找不到就中止程序并报错。

2.raise语句

raise 语句的基本语法格式为：raise [exceptionName [(reason)]]

其中，用 [] 括起来的为可选参数，其作用是指定抛出的异常名称，以及异常信息的相关描述。如果可选参数全部省略，则 raise 会把当前错误原样抛出；如果仅省略 (reason)，则在抛出异常时，将不附带任何的异常描述信息。

也就是说，raise 语句有如下三种常用的用法：

1. raise：单独一个 raise。该语句引发当前上下文中捕获的异常（比如在 except 块中），或默认引发 RuntimeError 异常。
2. raise 异常类名称：raise 后带一个异常类名称，表示引发执行类型的异常。
3. raise 异常类名称(描述信息)：在引发指定类型的异常的同时，附带异常的描述信息。

我们来用一个例子来了解它：

try:
    a = input("输入一个数：")
    #判断用户输入的是否为数字
    if(not a.isdigit()):
        raise ValueError("a 必须是数字")
except ValueError as e:
    print("引发异常：",repr(e))

程序运行结果为：

输入一个数：a
引发异常： ValueError(‘a 必须是数字’,)

可以看到，当用户输入的不是数字时，程序会进入 if 判断语句，并执行 raise 引发 ValueError 异常。但由于其位于 try 块中，因为 raise 抛出的异常会被 try 捕获，并由 except 块进行处理。因此，虽然程序中使用了 raise 语句引发异常，但程序的执行是正常的，手动抛出的异常并不会导致程序崩溃。

注意：这里的raise可以不带参数，这样他抛出的就是默认的RuntimeError 异常。

3.获取异常信息

捕获异常时，有 2 种方式可获得更多的异常信息，分别是：

1. 使用 sys 模块中的 exc_info 方法；
2. 使用 traceback 模块中的相关函数。

模块 sys 中，有两个方法可以返回异常的全部信息，分别是 exc_info() 和 last_traceback()，这两个函数有相同的功能和用法，本节仅以 exc_info() 方法为例。

exc_info() 方法会将当前的异常信息以元组的形式返回，该元组中包含 3 个元素，分别为 type、value 和 traceback，它们的含义分别是：

• type：异常类型的名称，它是 BaseException 的子类
• value：捕获到的异常实例。
• traceback：是一个 traceback 对象。

举个例子：

#使用 sys 模块之前，需使用 import 引入
import sys
try:
    x = int(input("请输入一个被除数："))
    print("30除以",x,"等于",30/x)
except:
    print(sys.exc_info())
    print("其他异常...")

当输入 0 时，程序运行结果为：

请输入一个被除数：0
(<class ‘ZeroDivisionError’>, ZeroDivisionError(‘division by zero’,), <traceback object at 0x000001FCF638DD48>)
其他异常…

输出结果中，第 2 行是抛出异常的全部信息，这是一个元组，有 3 个元素，第一个元素是一个 ZeroDivisionError 类；第 2 个元素是异常类型 ZeroDivisionError 类的一个实例；第 3 个元素为一个 traceback 对象。其中，通过前 2 个元素可以看出抛出的异常类型以及描述信息，对于第 3 个元素，是一个 traceback 对象，无法直接看出有关异常的信息，还需要对其做进一步处理。

4. traceback 模块

要查看 exc_info() 方法返回的traceback 对象包含的内容，需要先引进 traceback 模块，然后调用 traceback 模块中的 print_tb 方法，并将 sys.exc_info() 输出的 traceback 对象作为参数参入。例如：

#使用 sys 模块之前，需使用 import 引入
import sys
#引入traceback模块
import tracebacktry:    
    	x = int(input("请输入一个被除数："))    
        print("30除以",x,"等于",30/x)
 except:    
  		#print(sys.exc_info())    
        traceback.print_tb(sys.exc_info()[2])    
        print("其他异常...")

输入 0，程序运行结果为：

请输入一个被除数：0
File “C:\Users\mengma\Desktop\demo.py”, line 7, in
print(“30除以”,x,“等于”,30/x)
其他异常…

可以看到，输出信息中包含了更多的异常信息，包括文件名、抛出异常的代码所在的行数、抛出异常的具体代码。

五.自定义异常

1.自定义异常

其实，在前面章节中，已经涉及到了异常类的创建，例如：

class SelfExceptionError(Exception):    
    pass
try:    
    raise SelfExceptionError()
except SelfExceptionError as err:    
    print("捕捉到自定义异常")

运行结果为：

捕捉到自定义异常

可以看到，此程序中就自定义了一个名为 SelfExceptionError 的异常类，只不过该类是一个空类。

另外，系统自带的异常只要触发会自动抛出（比如 NameError、ValueError 等），但用户自定义的异常需要用户自己决定什么时候抛出。也就是说，自定义的异常需要使用 raise 手动抛出。

2.使用异常机制

成功的异常处理应该实现如下 4 个目标：

1. 使程序代码混乱最小化。
2. 捕获并保留诊断信息。
3. 通知合适的人员。
4. 采用合适的方式结束异常活动。

不可否认，Python 的异常机制确实方便，但滥用异常机制也会带来一些负面影响。过度使用异常主要表现在两个方面：

1. 把异常和普通错误混淆在一起，不再编写任何错误处理代码，而是以简单地引发异常来代苦所有的错误处理。
2. 使用异常处理来代替流程控制。熟悉了异常使用方法后，程序员可能不再愿意编写烦琐的错误处理代码，而是简单地引发异常。实际上这样做是不对的，对于完全己知的错误和普通的错误，应该编写处理这种错误的代码，增加程序的健壮性。只有对于外部的、不能确定和预知的运行时错误才使用异常。

六.调试程序

无论使用哪种编程语言，最常用的调试代码的方式是：使用输出语句（比如 C 语言中使用 printf，Python 中使用 print() 函数）输出程序运行过程中一些关键的变量的值，查看它们的值是否正确，从而找到出错的地方。这种调试方法最大的缺点是，当找到问题所在之后，需要再将用于调试的输出语句删掉。

1. logging 模块

Python的logging模块可以帮助我们在程序运行时记录日志信息，从而方便调试和排错。

使用logging模块，需要先进行初始化：

import logging

# 设置日志级别
logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)

# 获取Logger实例
logger = logging.getLogger(__name__)

其中，basicConfig()函数用于配置日志的基础设置，包括日志级别、输出格式等。这里指定了日志级别为DEBUG，表示所有级别的日志都会被记录下来。

然后，就可以在代码中通过以下方式记录日志信息：

logger.debug('Debug information')
logger.info('Informational message')
logger.warning('Warning: %s', 'Danger, Will Robinson!')
logger.error('Error occurred')
logger.critical('Critical error -- aborting')

这些日志信息会根据其级别被记录到对应的输出渠道中，如控制台、文件等。默认情况下，日志信息会输出到标准输出（控制台）。

如果需要将日志输出到文件中，可以使用FileHandler类：

file_handler = logging.FileHandler('debug.log')
logger.addHandler(file_handler)

这里创建了一个名为debug.log的日志文件，并将FileHandler实例添加到logger中，从而将日志信息输出到该文件中。

2.IDLE调试程序

这里以pycharm为例：

使用 PyCharm 调试程序，可以方便地对代码进行单步调试、断点调试、变量监视等操作。下面是简要的调试流程：

1. 打开 PyCharm 并打开需要调试的 Python 项目。
2. 在 PyCharm 主界面中点击右上角的 Debug 按钮，或者使用快捷键 Shift+F9 进入调试模式。
3. 在弹出的窗口中选择需要调试的 Python 文件并设置 breakpoints（断点）。可以在代码行号左侧点击一次来设置或取消一个断点，也可以通过右键点击相应代码行并选择 Toggle breakpoint 来设置断点。
4. 点击 Debug 或者使用快捷键 F9 开始运行程序。运行过程中程序会在遇到断点时暂停执行，等待用户操作。
5. 进入调试模式后，可以使用 Step Over（F10）、Step Into（F11）和 Step Out（Shift+F11）等命令分别进行单步调试、进入函数/方法调用以及从当前函数/方法返回。
6. 在程序暂停执行时，可以查看变量的值、调用栈信息等内容。可以在 Debug 窗口的 Variables 和 Debugger tabs 中查看当前所有可用的变量及其值，并且还可以使用 Evaluate Expression 功能实时计算某个表达式的值。
7. 在调试完成后，可以按下 Stop 按钮或者使用快捷键 Shift+F2 停止调试并退出调试模式。

3.Python assert调试程序

我们在一篇博客已经了解使用了assert语句，同时我们也可以使用它来调试程序。

通常情况下，assert 可以和 try except 异常处理语句配合使用，以前面代码为例：

try:
    s_age = input("请输入您的年龄:")
    age = int(s_age)
    assert 20 < age < 80 , "年龄不在 20-80 之间"
    print("您输入的年龄在20和80之间")
except AssertionError as e:
    print("输入年龄不正确",e)

程序运行结果为：

请输入您的年龄:10
输入年龄不正确 年龄不在 20-80 之间

通过在程序的适当位置，使用 assert 语句判断变量或表达式的值，可以起到调试代码的作用。