Python 异常处理

异常是程序运行时发生的错误。本章将介绍如何处理异常。

什么是异常？

当程序出现错误时，Python 会抛出异常。如果不处理，程序会终止。

print(1 / 0)  # ZeroDivisionError: division by zero

# 列表越界
my_list = [1, 2, 3]
print(my_list[10])  # IndexError: list index out of range

# 类型错误
print("hello" + 123)  # TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

常见异常类型

异常类型	描述
SyntaxError	语法错误
NameError	名称错误（变量未定义）
TypeError	类型错误
ValueError	值错误
IndexError	索引错误
KeyError	键错误
ZeroDivisionError	除零错误
FileNotFoundError	文件不存在
ImportError	导入错误
AttributeError	属性错误

try-except 结构

基本语法

try:
    # 可能发生异常的代码
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    # 处理特定异常
    print("除数不能为零")

多个 except

try:
    # 可能发生多种异常的代码
    num = int(input("请输入一个数字："))
    result = 10 / num
except ValueError:
    print("请输入有效的数字")
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零")

捕获所有异常

try:
    # 可能发生异常的代码
    result = 10 / 0
except Exception as e:
    print(f"发生错误：{e}")

访问异常信息

try:
    result = 10 / 0
except Exception as e:
    print(f"异常类型：{type(e).__name__}")
    print(f"异常信息：{e}")
    print(f"异常描述：{e.args}")

else 子句

如果 try 块没有发生异常，执行 else 块：

try:
    num = int(input("请输入一个数字："))
    result = 10 / num
except ValueError:
    print("请输入有效的数字")
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零")
else:
    print(f"结果是：{result}")

finally 子句

无论是否发生异常，都会执行 finally 块：

try:
    file = open("test.txt", "r")
    content = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
finally:
    # 清理工作
    if 'file' in locals():
        file.close()
        print("文件已关闭")

主动抛出异常

raise 语句

def divide(a, b):
    if b == 0:
        raise ValueError("除数不能为零")
    return a / b

try:
    result = divide(10, 0)
except ValueError as e:
    print(f"捕获异常：{e}")

自定义异常

class MyError(Exception):
    """自定义异常类"""
    def __init__(self, message):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

# 使用自定义异常
def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise MyError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise MyError("年龄超出合理范围")
    return True

try:
    validate_age(-5)
except MyError as e:
    print(f"自定义异常：{e.message}")

异常链

异常传播

异常可以向上传播：

def level3():
    return 1 / 0

def level2():
    return level3()

def level1():
    try:
        result = level2()
    except Exception as e:
        print(f"在 level1 捕获：{e}")
        raise  # 重新抛出异常

try:
    level1()
except Exception as e:
    print(f"最终捕获：{e}")

异常链（Python 3）

使用 raise ... from 创建异常链：

try:
    raise ValueError("原始错误")
except ValueError as e:
    raise TypeError("新的错误") from e

断言

使用 assert 进行调试断言：

def divide(a, b):
    assert b != 0, "除数不能为零"
    return a / b

print(divide(10, 2))  # 5.0
print(divide(10, 0))  # AssertionError: 除数不能为零

上下文管理器

with 语句

自动管理资源：

# 文件操作
with open("test.txt", "r") as file:
    content = file.read()
    # 文件在这里会自动关闭

# 锁操作
from threading import Lock
lock = Lock()

with lock:
    # 临界区代码
    print("获取了锁")
# 锁会自动释放

自定义上下文管理器

class MyContext:
    def __enter__(self):
        print("进入上下文")
        return self
    
    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("退出上下文")
        if exc_type is not None:
            print(f"发生异常：{exc_type.__name__}")
        return False  # 不阻止异常传播

with MyContext() as ctx:
    print("在上下文中")
    # 可以在这里抛出异常
    # raise ValueError("测试异常")

使用 contextmanager 装饰器

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def my_context():
    print("进入")
    try:
        yield "资源"
    finally:
        print("退出")

with my_context() as resource:
    print(f"使用{resource}")

最佳实践

1. 尽量具体地捕获异常

# 不推荐
try:
    result = some_function()
except:
    pass

# 推荐
try:
    result = some_function()
except SpecificException as e:
    handle_error(e)

2. 不要过度使用异常

# 不推荐：使用异常控制流程
try:
    result = data["key"]
except KeyError:
    result = default_value

# 推荐：使用 dict 方法
result = data.get("key", default_value)

3. 记录异常日志

import logging

logging.basicConfig(level=logging.ERROR)

try:
    result = some_function()
except Exception as e:
    logging.error(f"发生错误：{e}", exc_info=True)

4. 清理资源

# 使用 try-finally
file = None
try:
    file = open("test.txt", "r")
    content = file.read()
finally:
    if file:
        file.close()

# 使用 with 语句（推荐）
with open("test.txt", "r") as file:
    content = file.read()

小结

本章我们学习了：

1. 常见异常类型
2. try-except 结构捕获异常
3. else 和 finally 子句
4. 主动抛出异常（raise）
5. 自定义异常类
6. 异常链
7. 断言
8. 上下文管理器
9. 异常处理最佳实践

练习

1. 编写一个除法计算器，处理各种异常
2. 创建一个学生信息管理系统，验证输入数据的合法性
3. 实现一个文件读取函数，处理各种文件相关异常
4. 使用上下文管理器实现一个计时器