15.Python 异常处理和程序调试

1. 异常处理

异常就是在程序执行过程中发生的超出预期的事件。一般情况下，当程序无法正常执行时，都会抛出异常。

• 在开发过程中，由于疏忽或考虑不周，出现的设计错误。因此，在后期程序调试中应该根据错误信息，找到出错位置，并对错误代码进行分析和排错。
• 难以避免的运行问题，如读写权限不一致、网络异常、文件不存在、内存溢出、数据类型不一致等。针对这类异常，在设计时可以主动捕获异常，防止程序意外终止。
• 主动抛出异常。在程序设计中，可以根据设计需要主动抛出异常，引导程序按照预先设计的逻辑运行，防止用户不恰当地操作。

当发生异常时，一般应该捕获异常，并妥善处理。如果异常未被处理，程序将终止运行，因此为程序添加异常处理，能使程序更健壮。

异常也是一种类型，所有的异常实例都继承自BaseException基类。使用Exception可以捕获所有类型的异常。

使用try…except语句可以捕获和处理异常，语句格式如下：

try:   # 捕获异常
    <执行语句>
except [异常类型[ as 别名]]: # 处理异常
    <处理语句>
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把目标代码放在try语句中，在except关键字后面设置可选的异常类型。如果省略异常类型，则表示捕获全部异常类型。如果类型的名称比较长，可以使用as关键字设置别名，方便在异常处理中引用。如果不需要处理异常，可以在except代码块中使用pass语句忽略。

try:
    '1' + 0 # 错误运算
except: # 捕获所有的异常
    print('发生错误') # 提示错误信息

try:
    f = open('test.txt','r') # 打开不存在的文件
except IOError as e:  # 捕获IOError类型异常
    print('错误编号：%s，错误信息：%s'%(e.errno,e.strerror)) #显示错误信息

try:
    f = open('test.txt','r') # 打开不存在的文件
except Exception as e:  # 捕获IOError类型异常
    print('错误编号：%s，错误信息：%s'%(e.errno,e.strerror)) #显示错误信息
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使用except语句可以同时处理多个异常，语法格式如下：

# 多个异常类型以元组形式进行设置，当try代码发生其中一个，都被except处理。
try: # 捕获异常
    <执行语句>
except ([Exception1[,Exception2,...,ExceptionN]]) [ as 别名]: # 处理异常
    <处理语句>

# 多个异常类型按优先顺序分别进行处理
try: # 捕获异常
    <执行语句>
except ([Exception1[,Exception2]]) [ as 别名]:
    <处理语句1>
...
except [Exception]:
    <处理语句N>

# 样例
li = [] # 定义空列表
try:
    print(c) # 发生NameError异常
    print(3/0) # 发生ZeroDivisionError异常
    li[2] # 发生IndexError异常
    a = 123 + 'hello world'  # 发生TypeError异常
except NameError as e:
    print('出现NameError异常！',e)
except ZeroDivisionError as e:
    print('出现ZeroDivisionError异常！',e)
except IndexError as e:
    print('出现IndexError异常！',e)
except TypeError as e:
    print('出现TypeError异常！',e)
except Exception as e:
    print('出现其它异常！',e)
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在try代码块中可以嵌套使用try…except结构，设计多层嵌套的异常处理结构，异常对象可以从内向外逐层向上传递。

try:
    try:
        try:
            f = open('test.txt','r') # 打开并不存在的文件
        except NameError as e: # 捕获未声明的变量异常
            print('NameError')
    except IndexError as e: # 捕获索引超出异常
        print('IndexError')
except IOError as e: # 获取输入或输出的异常
    print('IOError')

# 输出：IOError
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try…except异常处理结构允许附带一个可选的else子句，用来设计当没有发生异常时，正常处理的代码块。else子句在异常发生时，不会被执行，只有当异常没有发生时才会执行。

try: # 捕获异常
    <执行语句>
except [异常类型][ as 别名]: # 处理异常
    <异常处理语句>
else: # 当异常未发生时执行
    <正常处理语句>

try:
    f = open('test.txt','r') # 打开文件
except:  # 如文件打开异常，则执行此
    print('出错了')
else: # 如文件正常打开，则执行此
    print(f.read()) # 读取文件内容

try:
    f = open('test.txt','r') # 打开文件
    print(f.read()) # 如文件打开异常，则不执行此
except: # 如文件打开异常，则执行此
    print('出错了')
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善后处理：try…except异常处理结构还可以带一个可选的finally子句，它表示无论异常是否发生，最后都要执行finally语句块。

try: # 捕获异常
    <执行语句>
except [异常类型][ as 别名]: # 处理异常
     <异常处理语句>
else: # 当异常未发生时执行
    <正常处理语句>
finally: # 不管异常是否发生，最后都要执行
    <最后必须处理语句>

import time 
i = 1 
while True: # 无限循环
    try:
        print(i) # 打印变量
        continue # 退出执行下一次循环
        print('永不执行') # 不执行该句
    finally: 
        time.sleep(1) # 暂停1s
        i += 1 # 递增变量
        continue # 退出执行下一次循环
        print('永不执行') # 不执行语句
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抛出异常：使用raise语句主动抛出一个异常，这样可以确保程序根据开发人员的设计逻辑执行，也可以对用户的行为进行监控，避免意外操作。

raise [Exception[(args[,traceback])]]
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raise 语句3种用法：

• raise：单独一个raise。该语句将引发当前上下文捕获的异常，默认引发RuntimeError异常。
• raise 异常类名称：raise 后带一个异常类名称，表示引发执行指定类型的异常。
• raise 异常类名称(描述信息)：在引发指定类型的异常时，显示异常的描述信息。

try:
    a = input('输入一个数')
    if (not a.isdigit()):
        raise
except RuntimeError as e:
    print('引发异常：',repr(e)) # 引发异常： RuntimeError('No active exception to reraise')

def test(num):
    try:
        if type(num) != int: # 如果为非数字的值，则抛出TypeError错误
            raise TypeError('参数不是数字') 
        if num <= 0: # 如果为非正整数，则抛出ValueError错误
            raise ValueError('参数为不大于0的整数')
        print(num) # 打印数字
    except Exception as e:
        print(e) # 打印错误信息
test('1') # 参数不是数字
test(0) # 参数为不大于0的整数
test(2) # 2
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自定义异常：自定义异常类型必须直接或间接继承Exception类。

class MyError(Exception):
    def __init__(self,msg):
        self.msg=msg
    def __str__(self):
        return self.msg
try:
    raise MyError('自定义错误信息') # 主动抛出自定义错误
except MyError as e:
    print(e) # 打印：自定义错误信息
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跟踪异常：使用traceback可以跟踪异常，记录异常发生时有关函数调用的堆栈信息。具体格式如下：

import traceback
try:
    1/0
except Exception as e:
    traceback.print_exc() # 打印详细的错误信息
    traceback.format_exc() # 格式化字符串的形式返回错误信息
    # 把错误信息直接保存到外部文件中
    traceback.print_exc(file=open('log.log',mode='a',encoding='utf-8'))
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2. 程序调试

在编写程序中，常见错误有两种：语法错误和异常。语法错误又称解析错误，SyntaxError: invalid syntax 。

即使语句或表达式在语法上是正确的，但在执行时也可能会引发错误，该错误称为异常，异常如果不被捕获，被程序处理，则会中止程序，并显示异常提示信息。

使用assert语句可以定义断言，断言用于判断一个表达式，在表达式条件为Flase的时候触发异常，而不必等待程序运行后出现崩溃的情况。

def foo(s):
    n = int(s)
    assert n != 0,'n is zero!' # 设置断言
    return 10/n
def main():
    foo('0')

main()

# 在交互式模式中，可以使用-O参数关闭 assert
python -O test1.py
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使用pdb，pdb 是Python自带的一个包，提供了一种交互的源代码调试功能，主要特性包括：设置断点、单步调试、进入函数调试、查看当前代码、查看栈片段、动态改变变量的值等。pdb常用的调试命令：

• break或b：设置断点。
• continue或c：继续执行程序。
• list或l：查看当前行的代码段。
• step或s：进入函数。
• return或r：执行代码直到从当前函数返回。
• exit或q：中止并退出。
• next或n：执行下一行。
• p val：打印变量的值。
• help：帮助。

# 新建test1.py文件，代码如下
s = '0'
n = int(s)
print(10/n)
# cd 命令进入到test1.py文件所在目录
cd edition_master
# 启动pdb调试器
python -m pdb test1.py
# 执行操作
l # 查看当前行的代码段
n # 下一步
p s # 打印变量s
q # 退出
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当程序代码较多时，在可能出错的地方插入pdb.set_trace()，则不需要单步执行。