8. 异常

8.1. 什么是异常

　　Python用异常对象(exception object)来表示异常情况。遇到错误后，会引发异常。若异常对象未被处理或捕捉，程序会用回溯（Traceback，一种错误信息）终止执行，例如：

>>> 1/0
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

　　事实上，每个异常都是一些类的实例，可以被引发也可以被捕捉。当捕捉到这些异常并对其进行处理，可使程序继续运行。

8.2. 按自己的方式出错

　　学习处理异常之前，先学习如何引发异常，以及自定义异常类型。　　

8.2.1. raise语句

　　可以使用一个类（Exception的子类）或实例参数调用raise语句来引发异常。当使用类时，程序会自动创建实例。例如：

#引发没有错误信息的普通异常
>>> raise Exception
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
Exception
#添加错误信息的异常
>>> raise Exception("hyperdrive overload")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
Exception: hyperdrive overload

　　内建的异常类有很多种（参考Python库参考手册的“Build-in Exception”一节），这些异常都可以在exceptions模块（和内建的命名空间）中找到，所有这些异常都可以用在raise语句中。

>>> import exceptions
>>> dir(exceptions)
['ArithmeticError', 'AssertionError', 'AttributeError', 'BaseException', 'BufferError', 'BytesWarning', 'DeprecationWarning', 'EOFError', 'EnvironmentError', 'Exception', 'FloatingPointError', 'FutureWarning', 'GeneratorExit', 'IOError', 'ImportError', 'ImportWarning', 'IndentationError', 'IndexError', 'KeyError', 'KeyboardInterrupt', 'LookupError', 'MemoryError', 'NameError', 'NotImplementedError', 'OSError', 'OverflowError', 'PendingDeprecationWarning', 'ReferenceError', 'RuntimeError', 'RuntimeWarning', 'StandardError', 'StopIteration', 'SyntaxError', 'SyntaxWarning', 'SystemError', 'SystemExit', 'TabError', 'TypeError', 'UnboundLocalError', 'UnicodeDecodeError', 'UnicodeEncodeError', 'UnicodeError', 'UnicodeTranslateError', 'UnicodeWarning', 'UserWarning', 'ValueError', 'Warning', 'ZeroDivisionError', '__doc__', '__name__', '__package__']

　　下表描述了一些重要的内建异常类：

类名	描述
Exception	所有异常的基类
AttributeError	特性引用或赋值失败时引发
IOError	试图打开不存在文件（包括其他情况）时引发
IndexError	在使用序列中不存在的索引时引发
KeyError	在使用映射中不存在的键时引发
NameError	再找不到名字（变量）时引发
SyntaxError	在代码为错误形式时引发
TypeError	在内建操作或者函数应用于错误类型的对象时引发
ValueError	在内建操作或者函数应用于正确类型的对象，但是该对象使用不合适的值时引发
ZeroDivisionError	在除法或者模除操作的第二个参数为0时引发

8.2.2. 自定义异常类

　　自定义异常类可以根据异常所在的类，选择性地处理当前类型的异常。
　　创建异常类与创建其他类方法一样，只需确保从Exception类继承即可。

8.3. 捕捉异常

　　可以使用try/except实现捕捉异常并作错误处理，例如：

>>> try:
...   x=input('enter the first number: ')
...   y=input('enter the second number: ')
...   print x/y
... except ZeroDivisionError:
...   print "The second number can't be zero!"
... 
enter the first number: 10
enter the second number: 0
The second number can't be zero!

　　上述异常也可以通过if语句检查y值实现，但是try/except有以下优势：
　　1. 若出现多个除法运算，需要对所有运算进行if判断，而是用try/except只需要一个错误处理器；
　　2. try/except不会搞乱原来的代码，而if语句检查可能错误会降低代码可读性。
　　★若异常没有被捕捉，将会被传递到调用的函数中，直到程序最顶层
　　
　　若捕捉到的函数想重新引发，可以使用不带参数的raise。例如，定义一个可以屏蔽ZeroDivisionError异常的类：　　

>>> class MuffledCalculator:
...   muffled=False
...   def calc(self, expr):
...     try:
...       return eval(expr)
...     except ZeroDivisionError:
...       if self.muffled:
...         print "Division by zero is illegal"
...       else:
...         raise

　　使用示例如下：

>>> calculator=MuffledCalculator()
>>> calculator.calc("10/2")
5
>>> calculator.calc("10/0") #屏蔽未打开，捕捉并重新引发ZeroDivisionError异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 5, in calc
  File "<string>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
>>> calculator.muffled=True
>>> calculator.calc("10/0") #屏蔽被打开，打印错误信息
Division by zero is illegal

8.4. 不止一个except子句

　　8.3节中的第一个例子，若在提示符后面输入非数字类型的值，会产生另一个异常：

enter the first number: w
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "<string>", line 1, in <module>
NameError: name 'w' is not defined

　　可以在try/except后添加另一个except子句，用于捕捉另一个异常：
　　

>>> try:
...   x=input('enter the first number: ')
...   y=input('enter the second number: ')
...   print x/y
... except ZeroDivisionError:
...   print "The second number can't be zero!"
... except TypeError:
...   print "That wasn't a number, was it?"
... 
enter the first number: 23
enter the second number: "That wasn't a number, was it?"
That wasn't a number, was it?

8.5. 用一个块捕捉两个异常

　　若要用一个块捕捉多个异常类型，可以将它们作为元组列出。例如：　　

>>> try:
...   x=input('enter the first number: ')
...   y=input('enter the second number: ')
...   print x/y
... except (ZeroDivisionError, TypeError, NameError):
...   print "Your numbers were bogus..."
... 

8.6. 捕捉对象

　　若希望在except子句中访问异常对象本身，可以使用两个参数。例如，如果希望程序继续运行，但是又想记录错误时，可能用到该功能。

>>> try:
...   x=input('enter the first number: ')
...   y=input('enter the second number: ')
...   print x/y
... except (ZeroDivisionError, TypeError, NameError), e:
...   print e
... 
enter the first number: 34
enter the second number: aa
name 'aa' is not defined

8.7. 真正的全捕捉

　　可以使用try/except指定要捕捉的异常类型，但是，程序员无法预测所有可能发生的异常，总会有所遗漏。可以在except子句中忽略所有的异常类，以实现捕捉所有异常：

>>> try:
...   x=input('enter the first number: ')
...   y=input('enter the second number: ')
...   print x/y
... except:
...   print "Something wrong happened..."
... 
enter the first number: 34
enter the second number: a
Something wrong happened...

！！！捕捉所有异常类是危险的，他会隐藏所有程序员未想到并且为做好准备处理的错误。甚至会捕捉用户中止执行的Ctrl+C操作，以及用sys.exit函数终止程序的操作。此时可以使用except Exception, e，或者对异常对象e进行一些检查。
　　

8.8. 万事大吉

　　之前的例子中，发生异常后往往只打印一个错误信息，对于产生的异常没有实际修正作用。上述例子可以像对条件和循环语句那样，给try/except添加else子句实现循环，实现只有在没有异常情况下退出，否则重新执行异常语句的功能。例如：

>>> while True:
...   try:
...     x=input("enter the first number: ")
...     y=input("enter the second number: ")
...     print x/y
...   except Exception, e: #捕获所有异常并保存到e
...     print "invalid input: ",e #打印捕获的异常
...     print "Please input again" #若有异常，则重新执行
...   else: #若没有异常，只想下面一行代码，退出循环
...     break
... 
enter the first number: 1
enter the second number: 0
invalid input:  integer division or modulo by zero
Please input again
enter the first number: dds
invalid input:  name 'dds' is not defined
Please input again
enter the first number: "asd"
enter the second number: "nmm"
invalid input:  unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'
Please input again
enter the first number: 10
enter the second number: 2
5

8.9. 最后…

　　finally子句，用于try/except之后的清理工作，无论是否发生异常，都会执行finally子句。例如：
　　

>>> try:
...   1/1   #无异常发生时
... except:
...   print "except"
... finally:
...   print "finally"
... 
1
finally
>>> try:
...   1/0   #有异常发生时
... except:
...   print "except"
... finally:
...   print "finally"
... 
except
finally

　　finally子句在代码执行后关闭文件或者套接字是非常有用。
　　
　　在Python2.5之前，finally子句需要独立使用，不能作为try/except子句使用。在Python2.5及其之后版本中，可以与try/except/else/finally组合使用。

8.10. 异常和函数

　　若异常在函数内引发而不被处理，它就会被传递到函数调用的地方。若调用处没有被处理，它会继续传播，一直到达主程序（全局作用域）。若依然没有被处理，程序会带着堆栈跟踪中止。例如：
　　

>>> def faulty():
...   raise Exception("Something is wrong")
... 
>>> def ignore_faulty():
...   faulty()
... 
>>> def handle_exception():
...   try:
...     faulty()
...   except:
...     print "Exception handled"
... 
>>> ignore_faulty() #faulty的异常传递到ignore_faulty，未处理异常，导致堆栈跟踪
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in ignore_faulty
  File "<stdin>", line 2, in faulty
Exception: Something is wrong
>>> handle_exception() #faulty的异常传递到handle_exception，被处理
Exception handled

8.11. 异常之禅

　　异常处理并不是很复杂。若知道某段代码可能导致某种异常，又不希望程序已堆栈跟踪的形式终止，可以根据需要添加try/except或try/finally语句进行处理。
　　有时条件语句可以实现和异常处理同样的功能，但条件语句可能在自然性和可读性上差些。另一方面看，某程序使用if/else实现会比使用try/except要好。

　　举个例子对比下if/else和try/except。假设有一个字典，希望打印出存储在特定的键下面的值。若不存在，则什么也不做。
　　可以使用if/else实现，编码如下：

>>> def describePerson(person):
...   print "Description of", person["name"]
...   print "Age:", person["age"]
...   if "occupation" in person:
...     print "Occupation:", person["occupation"]
#提供名字和年龄字典时的输出
>>> holly={
   "name":"holly","age":55}
>>> describePerson(holly)
Description of holly
Age: 55
#提供名字、年龄和职业时的输出
>>> holly={
   "name":"holly","age":55, "occupation":"software engineer"}
>>> describePerson(holly)
Description of holly
Age: 55
Occupation: software engineer

　　上述代码直观，但效率低。程序会两次查找“occupation”键——判断是否存在；获取键值。
　　可以采用try/except语句实现，编码如下：

>>> def describePerson(person):
...   print "Description of", person["name"]
...   print "Age:", person["age"]
...   try:
...     print "Occupation:" + person["occupation"]#此处使用加号连接，若使用逗号，发生异常时"occupation:"会被输出
...   except KeyError: pass
... 
#提供名字和年龄字典时的输出
>>> holly={
   "name":"holly","age":55}
>>> describePerson(holly)
Description of holly
Age: 55
#提供名字、年龄和职业时的输出
>>> holly={
   "name":"holly","age":55, "occupation":"software engineer"}
>>> describePerson(holly)
Description of holly
Age: 55
Occupation:software engineer

　　程序假定”occupation”键存在，若真实存在，则直接输出打印；否则会引发KeyError异常，被except捕捉处理。
　　
　　另一个例子，展示下try/except在查看对象是否存在某特性中的作用。假设要查看某对象是否有write特性，编码如下：

>>> try:
...   obj.write
... except AttributeError:
...   print "The object is not writeable"
... else:
...   print "The objece is writebale"

　　try子句访问特性，若引发AttributeError异常，说明对象没这个特性，反之有。这跟getattr方法功能相同，事实上getattr内部实现也是使用了该方法。

★上述代码获得的效率提高并不多，除非程序对性能有明确需求，否则开发人员不需要过多考虑优化的问题。
★很多情况下，使用try/except比使用if/else更加”Python化”，应养成尽可能使用try/except语句。
★try/except语句在Python中的表现可以用海军少将Grace Hooper的妙语解释：”请求宽恕易于请求许可”。在做一件事时去处理可能出现的错误，而不是在开始做事前就进行大量的检查，这个可略可以总结为习语”看钱就调(Leap Before You Look)”。