错误和异常捕获处理 | Python 官方教程

程序的稳健之道：面对错误

在编程的世界里，无论你多么细心，程序总会遇到各种意外情况：

用户在要求输入年龄的地方输入了英文字母；
程序试图打开一个被用户删除或改名的文件；
试图进行数学上的除以零；
访问了一个不存在的字典键。

如果程序一旦遇到错误就直接崩溃退出，这在生产环境中是不可接受的。Python 官方教程第 8 章为我们系统讲解了**错误和异常（Errors and Exceptions）**的应对机制。

1. 句法错误 vs 运行时异常

Python 中至少有两种截然不同的错误：

句法错误（Syntax Errors）

也被称为解析错误（parsing error）。它是指代码在语法结构上违反了 Python 的规定（比如漏写了冒号 :，括号没有闭合，或者多敲了非法符号）：

>>> while True print('Hello world')
  File "<stdin>", line 1
    while True print('Hello world')
               ^^^^^
SyntaxError: invalid syntax

解释器在运行任何一行代码之前，就会对语法进行扫描解析。一旦发现句法错误，程序甚至连启动都无法启动。

运行时异常（Exceptions）

即使语句在语法上完全合规，但在实际运行求值时，依然可能由于环境或数据原因引发错误。这种在运行期间被检测到的错误被称为异常（Exception）：

ZeroDivisionError: division by zero（除以零）；
NameError: name 'spam' is not defined（访问未定义的变量）；
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str（类型不匹配）；
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory（文件不存在）；
IndexError: list index out of range（下标越界）；
KeyError: 'foo'（字典中不存在该键）。

2. 捕获与处理异常：try…except 语句

为了防止异常导致整个程序非正常崩溃中断，我们使用 try...except 语句来主动捕获并妥善处理它们：

while True:
    try:
        x = int(input("Please enter a number: "))
        break
    except ValueError:
        print("Oops! That was no valid number. Try again...")

执行流程拆解：

首先执行 try 缩进块中的语句；
如果 try 块内没有发生任何异常，except 分支就会被完全忽略，程序顺利往下走；
如果 try 块执行到某一行发生异常（例如输入了字母导致 int() 抛出 ValueError），try 块中剩余的代码会被立即跳过，Python 会去匹配相应的 except 分支；
如果发生的异常类型与 except 后面声明的异常名字匹配，就执行该 except 块中的补救代码；
如果发生的异常在所有 except 中都没有被捕获，这个异常就会继续向外层抛出，最终导致程序报错终止并打印堆栈轨迹。

捕获多个异常与捕获错误对象

一个 try 语句可以有多个 except 子句，分别应对不同类型的异常；也可以把多个异常类型写成一个**元组（tuple）**合并处理：

try:
    with open('data.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
        content = f.read()
    value = int(content)
except (FileNotFoundError, PermissionError):
    print("文件不存在或没有权限读取！")
except ValueError:
    print("文件内容无法转换为有效整数！")
except OSError as err:
    # 使用 as 关键字将异常对象绑定到变量，打印官方底层错误信息
    print(f"OS error: {err}")

注意：不要写光秃秃的 except: 如果写没有任何类型的裸 except:，它会连用户按下 Ctrl+C 想要中断程序的键盘信号都一起强行吞掉，这会严重掩盖真实的程序 Bug。务必明确指定要捕获的异常类型！

3. else 与 finally 子句

try...except 还可以附带另外两个强大的子句：

1. `else` 子句（可选）

else 必须跟在所有 except 子句之后。它只在 try 块没有发生任何异常时才会执行：

for arg in sys.argv[1:]:
    try:
        f = open(arg, 'r', encoding='utf-8')
    except OSError:
        print('cannot open', arg)
    else:
        print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
        f.close()

将仅需在正常情况下执行的代码放在 else 块中，可以避免在 try 块中放过多语句而意外捕获到非预期的异常。

2. `finally` 清理子句（可选）

finally 放在整个异常处理结构的最末尾。无论前面是否发生异常、是否捕获成功，甚至即使前面执行了 return、break 语句，finally 块中的代码都必定会被百分之百执行：

def divide(x, y):
    try:
        result = x / y
    except ZeroDivisionError:
        print("division by zero!")
    else:
        print("result is", result)
    finally:
        print("executing finally clause")

divide(2, 1)
# 输出:
# result is 2.0
# executing finally clause

divide(2, 0)
# 输出:
# division by zero!
# executing finally clause

finally 常用于必须关闭的网络连接、释放锁或临时文件清理等兜底收尾工作。

4. 主动抛出异常：raise 语句

不仅解释器会自动抛出异常，你在编写自己的逻辑时，一旦发现传入的数据不符合业务规则，也可以使用 raise 语句主动抛出一个异常：

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数！")
    return age

还可以定义自己的专用异常类，只需让它继承自标准库的 Exception 类即可。

学会了错误与异常的捕获和防御，我们的代码就具备了抵御意外风浪的坚固护甲。在下一关中，我们将探索现代编程中最为重要的范式之一——类与面向对象编程！

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