Python 进阶：异常处理_traceback (most recent call last):

异常是什么

Python 使用异常对象来表示异常状态，并在遇到错误时引发异常。异常对象未被处理（或捕获）时，程序将终止并显示一条错误消息（traceback）。

如果异常只能用来显示错误消息，就没多大意思了。但事实上，每个异常都是某个类的实例（这里是 ZeroDivisionError）。你能以各种方式引发和捕获这些实例，从而逮住错误并采取措施，而不是放任错误导致整个程序失败。

常见的异常

除零错误

1/0

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

数组越界错误 

a = [1, 2, 3]
print(a[3])

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list index out of range

运算符错误 

a = 123
b = '123'
print(a+b)

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

正如你看到的，出现问题时，将自动引发异常。 

捕捉异常 

try/except 语句

异常捕捉可以使用 try/except 语句。

try:
    1/0
except Exception as error:
    print('发生如下错误：',error)

发生如下错误： division by zero

try 语句按照如下方式工作：

• 首先，执行 try 子句（在关键字 try 和关键字 except 之间的语句）。
• 如果没有异常发生，忽略 except 子句，try 子句执行后结束。
• 如果在执行 try 子句的过程中发生了异常，那么 try 子句余下的部分将被忽略。如果异常的类型和 except 之后的名称相符，那么对应的 except 子句将被执行。
• 如果一个异常没有与任何的 except 匹配，那么这个异常将会传递给上层的 try 中。

一个 try 语句可能包含多个 except 子句，分别来处理不同的特定的异常。最多只有一个分支会被执行。

处理程序将只针对对应的 try 子句中的异常进行处理，而不是其他的 try 的处理程序中的异常。

一个 except 子句可以同时处理多个异常，这些异常将被放在一个括号里成为一个元组，例如:

except (RuntimeError, TypeError, NameError):
    pass

try/except...else 语句

try/except 语句还有一个可选的 else 子句，如果使用这个子句，那么必须放在所有的 except 子句之后。

else 子句将在 try 子句没有发生任何异常的时候执行。

以下实例在 try 语句中判断文件是否可以打开，如果打开文件时正常的没有发生异常则执行 else 部分的语句，读取文件内容：

# 正常打开
try:
    with open('solution.py', 'r') as f:
        line = f.read()
except:
    print('出错了')
else:
    print('没有出错了')

没有出错了

try-finally 语句

try-finally 语句无论是否发生异常都将执行最后的代码。

以下实例中 finally 语句无论异常是否发生都会执行：

try:
    1/1
except:
    print('出错了')
else:
    print('没有出错了')
finally:
    print('不管有没有出错，我100%会执行')

没有出错了
不管有没有出错，我100%会执行

抛出异常 

首先要分清楚程序发生异常和程序执行错误，它们完全是两码事，程序由于错误导致的运行异常，是需要程序员想办法解决的；但还有一些异常，是程序正常运行的结果，比如用 raise 手动引发的异常。 

raise 语句

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：

• 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。
• 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。
• 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。

显然，每次执行 raise 语句，都只能引发一次执行的异常。首先，我们来测试一下以上 3 种 raise 的用法：

运行 rase：

Traceback (most recent call last):
File "/code/main.py", line 2, in
import solution
File "/code/solution.py", line 1, in
raise
RuntimeError: No active exception to reraise

运行 raise ZeroDivisionError：

Traceback (most recent call last):
File "/code/main.py", line 2, in
import solution
File "/code/solution.py", line 3, in
raise ZeroDivisionError
ZeroDivisionError

运行 raise ZeroDivisionError("除数不能为零")：

Traceback (most recent call last):
File "/code/main.py", line 2, in
import solution
File "/code/solution.py", line 5, in
raise ZeroDivisionError("除数不能为零")
ZeroDivisionError: 除数不能为零

 当然，我们手动让程序引发异常，很多时候并不是为了让其崩溃。事实上，raise 语句引发的异常通常用 try except (else finally) 异常处理结构来捕获并进行处理。例如：

try:
    a = 'hello'
    if(not a.isdigit()):
        raise ValueError("a 必须是数字")
except ValueError as e:
    print("引发异常：",repr(e))

引发异常： ValueError('a 必须是数字')

可以看到，当用字符串 a 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，所以 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

正如前面所看到的，在使用 raise 语句时可以不带参数，例如：

try:
    a = 'hello'
    if(not a.isdigit()):
        raise ValueError("a 必须是数字")
except ValueError as e:
    print("引发异常：",repr(e))
    raise

Traceback (most recent call last):
File "/code/main.py", line 2, in
import solution
File "/code/solution.py", line 4, in
raise ValueError("a 必须是数字")
ValueError: a 必须是数字

这里重点关注位于 except 块中的 raise，由于在其之前我们已经手动引发了 ValueError 异常，因此这里当再使用 raise 语句时，它会再次引发一次。 

当在没有引发过异常的程序使用无参的 raise 语句时，它默认引发的是 RuntimeError 异常。例如：

try:
    a = 'hello'
    if(not a.isdigit()):
        raise
except ValueError as e:
    print("引发异常：",repr(e))

Traceback (most recent call last):
File "/code/main.py", line 2, in
import solution
File "/code/solution.py", line 4, in
raise
RuntimeError: No active exception to reraise

内置异常 

在 Python 中，所有异常必须为一个派生自 BaseException 的类的实例。 在带有提及一个特定类的 except 子句的 try 语句中，该子句也会处理任何派生自该类的异常类（但不处理该子句本身所派生出的异常类）。通过子类化创建的两个不相关异常类永远是不等效的，既使它们具有相同的名称。

下面列出的内置异常可通过解释器或内置函数来生成。除非另有说明，它们都会具有一个提示导致错误详细原因的“关联值”。这可以是一个字符串或由多个信息项（例如一个错误码和一个解释错误的字符串）组成的元组。关联值通常会作为参数被传递给异常类的构造器。

用户代码可以引发内置异常。这可以被用于测试异常处理程序或报告错误条件，“就像” 在解释器引发了相同异常的情况时一样；但是请注意，没有任何机制能防止用户代码引发不适当的错误。

内置异常类可以被子类化以定义新的异常；鼓励程序员从 Exception 类或它的某个子类而不是从 BaseException 来派生新的异常。

当在 except 或 finally 子句中引发（或重新引发）异常时，__context__ 会被自动设为所捕获的最后一个异常；如果新的异常未被处理，则最终显示的回溯信息将包括原始的异常和最后的异常。

当引发一个新的异常（而不是简单地使用 raise 来重新引发当前在处理的异常）时，隐式的异常上下文可以通过使用带有 raise 的 from 来补充一个显式的原因：

raise new_exc from original_exc

跟在 from 之后的表达式必须为一个异常或 None。它将在所引发的异常上被设置为 __cause__。设置 __cause__ 还会隐式地将 __suppress_context__ 属性设为 True，这样使用 raise new_exc from None 可以有效地将旧异常替换为新异常来显示其目的 (例如将 KeyError 转换为 AttributeError)，同时让旧异常在 __context__ 中保持可用状态以便在调试时进行内省。

除了异常本身的回溯以外，默认的回溯还会显示这些串连的异常。__cause__ 中的显式串连异常如果存在将总是显示。__context__ 中的隐式串连异常仅在 __cause__ 为 None 并且 __suppress_context__ 为假值时显示。

不论在哪种情况下，异常本身总会在任何串连异常之后显示，以便回溯的最后一行总是显示所引发的最后一个异常。

内置异常的类层级结构如下：

BaseException
 +-- SystemExit
 +-- KeyboardInterrupt
 +-- GeneratorExit
 +-- Exception
      +-- StopIteration
      +-- StopAsyncIteration
      +-- ArithmeticError
      |    +-- FloatingPointError
      |    +-- OverflowError
      |    +-- ZeroDivisionError
      +-- AssertionError
      +-- AttributeError
      +-- BufferError
      +-- EOFError
      +-- 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
      +-- SyntaxError
      |    +-- IndentationError
      |         +-- TabError
      +-- SystemError
      +-- TypeError
      +-- ValueError
      |    +-- UnicodeError
      |         +-- UnicodeDecodeError
      |         +-- UnicodeEncodeError
      |         +-- UnicodeTranslateError
      +-- Warning
           +-- DeprecationWarning
           +-- PendingDeprecationWarning
           +-- RuntimeWarning
           +-- SyntaxWarning
           +-- UserWarning
           +-- FutureWarning
           +-- ImportWarning
           +-- UnicodeWarning
           +-- BytesWarning
           +-- ResourceWarning

异常的基类

下列异常主要被用作其他异常的基类。

• exception BaseException

所有内置异常的基类。它不应该被用户自定义类直接继承（这种情况请使用 Exception）。如果在此类的实例上调用 str()，则会返回实例的参数表示，或者当没有参数时返回空字符串。args 传给异常构造器的参数元组。某些内置异常（例如 OSError）接受特定数量的参数并赋予此元组中的元素特殊的含义，而其他异常通常只接受一个给出错误信息的单独字符串。with_traceback(tb) 此方法将 tb 设为异常的新回溯信息并返回该异常对象。它通常以如下的形式在异常处理程序中使用：

try:
    ...
except SomeException:
    tb = sys.exc_info()[2]
    raise OtherException(...).with_traceback(tb)

• exception Exception

所有内置的非系统退出类异常都派生自此类。所有用户自定义异常也应当派生自此类。

• exception ArithmeticError

此基类用于派生针对各种算术类错误而引发的内置异常: OverflowError, ZeroDivisionError, FloatingPointError。

• exception BufferError

当与缓冲区相关的操作无法执行时将被引发。

• exception LookupError

此基类用于派生当映射或序列所使用的键或索引无效时引发的异常: IndexError, KeyError。这可以通过 codecs.lookup() 来直接引发。