异常处理

异常处理是 Python 程序中处理错误的重要机制。

异常概述

异常层次结构

BaseException
├── SystemExit
├── KeyboardInterrupt
├── GeneratorExit
└── Exception
    ├── StopIteration
    ├── ArithmeticError
    │   ├── ZeroDivisionError
    │   ├── OverflowError
    │   └── FloatingPointError
    ├── LookupError
    │   ├── IndexError
    │   └── KeyError
    ├── TypeError
    ├── ValueError
    ├── FileNotFoundError
    ├── PermissionError
    └── ...

常见异常

python

# TypeError - 类型错误
# "hello" + 1

# ValueError - 值错误
# int("abc")

# IndexError - 索引越界
# [1, 2, 3][10]

# KeyError - 键不存在
# {"a": 1}["b"]

# ZeroDivisionError - 除零
# 1 / 0

# FileNotFoundError - 文件不存在
# open("not_exist.txt")

# AttributeError - 属性不存在
# "hello".not_exist()

# TypeError - 参数类型错误
# len(123)

异常处理

try-except

python

# 基本语法
try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("除零错误")

# 捕获异常信息
try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"错误: {e}")
    print(f"类型: {type(e)}")

# 多个 except
try:
    value = int(input("输入数字: "))
    result = 10 / value
except ValueError:
    print("请输入有效数字")
except ZeroDivisionError:
    print("不能为零")

# 捕获多个异常
try:
    value = int(input("输入数字: "))
    result = 10 / value
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print(f"错误: {e}")

# 捕获所有异常
try:
    # 可能出错的代码
    pass
except Exception as e:
    print(f"发生错误: {e}")

try-except-else-finally

python

try:
    file = open("example.txt", "r")
    content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("没有权限")
else:
    # 没有异常时执行
    print(f"文件内容: {content}")
finally:
    # 无论是否异常都执行
    print("清理资源")
    # file.close()  # 如果文件打开成功

# 使用 with 语句更简洁
try:
    with open("example.txt", "r") as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")

异常链

python

def process_data(data):
    try:
        return int(data)
    except ValueError as e:
        raise ValueError(f"无法处理数据: {data}") from e

try:
    process_data("abc")
except ValueError as e:
    print(f"错误: {e}")
    print(f"原因: {e.__cause__}")

抛出异常

raise 语句

python

# 抛出异常
def set_age(age):
    if age < 0 or age > 150:
        raise ValueError("年龄必须在 0-150 之间")
    return age

try:
    set_age(-5)
except ValueError as e:
    print(e)

# 重新抛出异常
def process():
    try:
        # 一些操作
        pass
    except Exception as e:
        print("记录日志")
        raise  # 重新抛出

# 抛出自定义异常
class CustomError(Exception):
    pass

raise CustomError("自定义错误信息")

assert 语句

python

def calculate_average(numbers):
    assert len(numbers) > 0, "列表不能为空"
    return sum(numbers) / len(numbers)

try:
    calculate_average([])
except AssertionError as e:
    print(e)

# 禁用断言: python -O script.py

自定义异常

定义异常类

python

class InsufficientFundsError(Exception):
    """余额不足异常"""
    
    def __init__(self, balance, amount):
        self.balance = balance
        self.amount = amount
        super().__init__(
            f"余额不足: 当前余额 {balance}, 需要 {amount}"
        )

class BankAccount:
    def __init__(self, balance):
        self.balance = balance
    
    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            raise InsufficientFundsError(self.balance, amount)
        self.balance -= amount
        return self.balance

# 使用
account = BankAccount(100)
try:
    account.withdraw(150)
except InsufficientFundsError as e:
    print(e)
    print(f"当前余额: {e.balance}")

异常层次结构

python

class AppError(Exception):
    """应用程序基础异常"""
    pass

class DatabaseError(AppError):
    """数据库异常"""
    pass

class ConnectionError(DatabaseError):
    """连接异常"""
    pass

class QueryError(DatabaseError):
    """查询异常"""
    pass

# 使用
def query_database(sql):
    if not sql:
        raise QueryError("SQL 不能为空")
    # 执行查询

try:
    query_database("")
except DatabaseError as e:
    print(f"数据库错误: {e}")
except AppError as e:
    print(f"应用错误: {e}")

异常处理最佳实践

1. 只捕获能处理的异常

python

# 不推荐
try:
    # 很多操作
    pass
except:
    pass  # 吞掉所有异常

# 推荐
try:
    value = int(input("输入数字: "))
except ValueError:
    print("请输入有效数字")

2. 使用具体的异常类型

python

# 不推荐
try:
    file = open("data.txt")
except Exception:
    print("错误")

# 推荐
try:
    file = open("data.txt")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("没有权限")

3. 不要使用异常控制流程

python

# 不推荐
try:
    value = my_dict[key]
except KeyError:
    value = None

# 推荐
value = my_dict.get(key)

4. 提供有意义的异常信息

python

# 不推荐
raise ValueError("无效输入")

# 推荐
raise ValueError(f"年龄必须为正整数，当前值: {age}")

5. 使用上下文管理器

python

# 不推荐
file = None
try:
    file = open("data.txt")
    # 操作
finally:
    if file:
        file.close()

# 推荐
with open("data.txt") as file:
    # 操作
    pass

上下文管理器

自定义上下文管理器

python

class Timer:
    def __enter__(self):
        import time
        self.start = time.time()
        return self
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        import time
        self.end = time.time()
        print(f"耗时: {self.end - self.start:.2f}秒")
        return False  # 不抑制异常

with Timer():
    # 执行代码
    sum(range(1000000))

# 使用 contextlib
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def timer():
    import time
    start = time.time()
    yield
    end = time.time()
    print(f"耗时: {end - start:.2f}秒")

with timer():
    sum(range(1000000))

异常处理的上下文管理器

python

from contextlib import suppress

# 抑制特定异常
with suppress(FileNotFoundError):
    os.remove("not_exist.txt")

# 等价于
try:
    os.remove("not_exist.txt")
except FileNotFoundError:
    pass

日志记录

使用 logging 模块

python

import logging

# 配置日志
logging.basicConfig(
    level=logging.DEBUG,
    format='%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s',
    filename='app.log'
)

logger = logging.getLogger(__name__)

def divide(a, b):
    try:
        result = a / b
        logger.info(f"除法结果: {a} / {b} = {result}")
        return result
    except ZeroDivisionError:
        logger.error("除零错误", exc_info=True)
        raise

try:
    divide(10, 0)
except ZeroDivisionError:
    pass

实践示例

输入验证

python

class ValidationError(Exception):
    """验证错误"""
    pass

def validate_email(email):
    """验证邮箱格式"""
    if not email or "@" not in email:
        raise ValidationError("邮箱格式不正确")
    return email

def validate_age(age):
    """验证年龄"""
    if not isinstance(age, int):
        raise ValidationError("年龄必须是整数")
    if age < 0 or age > 150:
        raise ValidationError("年龄必须在 0-150 之间")
    return age

def validate_user(data):
    """验证用户数据"""
    errors = []
    
    try:
        validate_email(data.get("email"))
    except ValidationError as e:
        errors.append(("email", str(e)))
    
    try:
        validate_age(data.get("age"))
    except ValidationError as e:
        errors.append(("age", str(e)))
    
    if errors:
        raise ValidationError(f"验证失败: {errors}")
    
    return True

# 使用
try:
    validate_user({"email": "invalid", "age": -5})
except ValidationError as e:
    print(e)

重试机制

python

import time
from functools import wraps

def retry(max_attempts=3, delay=1, exceptions=(Exception,)):
    """重试装饰器"""
    def decorator(func):
        @wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            last_exception = None
            for attempt in range(max_attempts):
                try:
                    return func(*args, **kwargs)
                except exceptions as e:
                    last_exception = e
                    if attempt < max_attempts - 1:
                        print(f"第 {attempt + 1} 次尝试失败: {e}")
                        time.sleep(delay)
            raise last_exception
        return wrapper
    return decorator

@retry(max_attempts=3, delay=2, exceptions=(ConnectionError,))
def fetch_data(url):
    # 模拟网络请求
    import random
    if random.random() < 0.7:
        raise ConnectionError("连接失败")
    return "数据"

try:
    data = fetch_data("http://example.com")
    print(data)
except ConnectionError as e:
    print(f"最终失败: {e}")

资源管理

python

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def managed_file(filename, mode):
    """安全的文件操作"""
    f = None
    try:
        f = open(filename, mode)
        yield f
    except IOError as e:
        print(f"文件操作错误: {e}")
        raise
    finally:
        if f:
            f.close()

with managed_file("test.txt", "w") as f:
    f.write("Hello")

class DatabaseConnection:
    def __init__(self, connection_string):
        self.connection_string = connection_string
        self.connection = None
    
    def __enter__(self):
        print("建立连接")
        self.connection = {"connected": True}
        return self.connection
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if exc_type:
            print(f"发生错误: {exc_val}")
            print("回滚事务")
        else:
            print("提交事务")
        print("关闭连接")
        return False

with DatabaseConnection("mysql://...") as conn:
    # 执行数据库操作
    pass

异常处理 ​

异常概述 ​

异常层次结构 ​

常见异常 ​

异常处理 ​

try-except ​

try-except-else-finally ​

异常链 ​

抛出异常 ​

raise 语句 ​

assert 语句 ​

自定义异常 ​

定义异常类 ​

异常层次结构 ​

异常处理最佳实践 ​

1. 只捕获能处理的异常 ​

2. 使用具体的异常类型 ​

3. 不要使用异常控制流程 ​

4. 提供有意义的异常信息 ​

5. 使用上下文管理器 ​

上下文管理器 ​

自定义上下文管理器 ​

异常处理的上下文管理器 ​

日志记录 ​

使用 logging 模块 ​

实践示例 ​

输入验证 ​

重试机制 ​

资源管理 ​

异常处理

异常概述

异常层次结构

常见异常

异常处理

try-except

try-except-else-finally

异常链

抛出异常

raise 语句

assert 语句

自定义异常

定义异常类

异常层次结构

异常处理最佳实践

1. 只捕获能处理的异常

2. 使用具体的异常类型

3. 不要使用异常控制流程

4. 提供有意义的异常信息

5. 使用上下文管理器

上下文管理器

自定义上下文管理器

异常处理的上下文管理器

日志记录

使用 logging 模块

实践示例

输入验证

重试机制

资源管理