『Python核心技术与实战』异常处理：如何提高程序的稳定性？

本是古典何须时尚 2022-09-11 10:27 159阅读 0赞

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   <td><font>异常处理：如何提高程序的稳定性？</font> </td> 
  </tr> 
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### 文章目录 ###

*  一. 错误与异常
 *  二. 如何处理异常
 *  三. 用户自定义异常
 *  四. 异常的使用场景与注意点
 *  五. 总结
 *  思考题

# 一. 错误与异常 #

>  *  首先要了解，**Python 中的错误和异常是什么？两者之间又有什么联系和区别呢？**
>  *  通常来说，程序中的错误至少包括两种，一种是语法错误，另一种则是异常。

>  *  所谓语法错误，你应该很清楚，也就是你写的代码不符合编程规范，无法被识别与执行，比如下面这个例子：

if name is not None
        print(name)

>  *  If 语句漏掉了冒号，不符合 Python 的语法规范，所以程序就会报错**invalid syntax**。

>  *  而**异常**则是指程序的语法正确，也可以被执行，但在执行过程中遇到了错误，抛出了异常，比如下面的 3 个例子：

10 / 0
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
    
    order * 2
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    NameError: name 'order' is not defined
    
    1 + [1, 2]
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'list'

>  *  它们语法完全正确，但显然，我们不能做除法时让分母为 0；也不能使用未定义的变量做运算；而让一个整型和一个列表相加也是不可取的。
>  *  于是，当程序运行到这些地方时，就抛出了异常，并且终止运行。例子中的ZeroDivisionError NameError和TypeError，就是三种常见的异常类型。
>  *  当然，Python 中还有很多其他异常类型，比如KeyError是指字典中的键找不到；FileNotFoundError是指发送了读取文件的请求，但相应的文件不存在等等，我在此不一一赘述，你可以自行参考：[相应文档][Link 1]

# 二. 如何处理异常 #

>  *  刚刚讲到，如果执行到程序中某处抛出了异常，程序就会被终止并退出。你可能会问，那有没有什么办法可以不终止程序，让其照样运行下去呢？答案当然是肯定的，这也就是我们所说的异常处理，通常使用 `try 和 except` 来解决，比如：

>  *  这里默认用户输入以逗号相隔的两个整形数字，将其提取后，做后续的操作（注意 input 函数会将输入转换为字符串类型）。如果我们输入a,b，程序便会抛出异常invalid literal for int() with base 10: ‘a’，然后跳出 try 这个 block。
>  *  由于程序抛出的异常类型是 ValueError，和 except block 所 catch 的异常类型相匹配，所以 except block 便会被执行，最终输出Value Error: invalid literal for int() with base 10: ‘a’，并打印出continue。

please enter two numbers separated by comma: a,b
    Value Error: invalid literal for int() with base 10: 'a'
    continue

>  *  **except block 只接受与它相匹配的异常类型并执行，如果程序抛出的异常并不匹配，那么程序照样会终止并退出。**

>  *  所以，还是刚刚这个例子，如果我们只输入1，程序抛出的异常就是IndexError: list index out of range，与 ValueError 不匹配，那么 except block 就不会被执行，程序便会终止并退出（continue 不会被打印）。

please enter two numbers separated by comma: 1
    IndexError Traceback (most recent call last)
    IndexError: list index out of range

>  *  不过，很显然，这样强调一种类型的写法有很大的局限性。那么，该怎么解决这个问题呢？

>  *  其中一种解决方案，是在 except block 中 **加入多种异常的类型**，比如下面这样的写法：

try:
        s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
        num1 = int(s.split(',')[0].strip())
        num2 = int(s.split(',')[1].strip())
        ...
    except (ValueError, IndexError) as err:
        print('Error: {}'.format(err))
        
    print('continue')
    ...

>  *  或者第二种写法：

try:
        s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
        num1 = int(s.split(',')[0].strip())
        num2 = int(s.split(',')[1].strip())
        ...
    except ValueError as err:
        print('Value Error: {}'.format(err))
    except IndexError as err:
        print('Index Error: {}'.format(err))
    
    print('continue')
    ...

>  *  这样，每次程序执行时，except block 中只要有一个 exception 类型与实际匹配即可。

>  *  不过，很多时候，我们很难保证程序覆盖所有的异常类型，所以，更通常的做法，是在最后一个 except block，声明其处理的异常类型是 Exception。**Exception 是其他所有非系统异常的基类，能够匹配任意非系统异常**。那么这段代码就可以写成下面这样：

>  *  或者，你也可以在 except 后面省略异常类型，这表示与任意异常相匹配（包括系统异常等）：

>  *  需要注意，当程序中存在多个 except block 时，最多只有一个 except block 会被执行。换句话说，如果多个 except 声明的异常类型都与实际相匹配，那么只有最前面的 except block 会被执行，其他则被忽略。
>  *  <font color=b异常处理中，还有一个很常见的用法是 finally，经常和 try、except 放在一起来用。无论发生什么情况，finally block 中的语句都会被执行，哪怕前面的 try 和 excep block 中使用了 return 语句。

>  *  一个常见的应用场景，便是文件的读取：

import sys
    try:
        f = open('file.txt', 'r')
        .... # some data processing
    except OSError as err:
        print('OS error: {}'.format(err))
    except:
        print('Unexpected error:', sys.exc_info()[0])
    finally:
        f.close()

>  *  这段代码中，try block 尝试读取 file.txt 这个文件，并对其中的数据进行一系列的处理，到最后，无论是读取成功还是读取失败，程序都会执行 finally 中的语句——关闭这个文件流，确保文件的完整性。因此，在 finally 中，我们通常会放一些 **无论如何都要执行的语句**。

>  *  值得一提的是，对于文件的读取，我们也常常使用 with open，你也许在前面的例子中已经看到过，with open 会在最后自动关闭文件，让语句更加简洁。

# 三. 用户自定义异常 #

>  *  这前面的例子里充斥了很多 Python 内置的异常类型，你可能会问，我可以创建自己的异常类型吗？
>  *  答案是肯定是，Python 当然允许我们这么做。下面这个例子，我们创建了自定义的异常类型 **MyInputError**，定义并实现了初始化函数和 str 函数（直接 print 时调用）：

class MyInputError(Exception):
        """Exception raised when there're errors in input"""
        def __init__(self, value): # 自定义异常类型的初始化
            self.value = value
        def __str__(self): # 自定义异常类型的string表达形式
            return ("{} is invalid input".format(repr(self.value)))
        
    try:
        raise MyInputError(1) ################# 抛出MyInputError这个异常
    except MyInputError as err:
        print('error: {}'.format(err))
    
    ############ 输出结果如下：
    # error: 1 is invalid input

>  *  实际工作中，如果内置的异常类型无法满足我们的需求，或者为了让异常更加详细、可读，想增加一些异常类型的其他功能，我们可以自定义所需异常类型。不过，大多数情况下，Python 内置的异常类型就足够好了。

# 四. 异常的使用场景与注意点 #

>  *  通常来说，在程序中，如果我们不确定某段代码能否成功执行，往往这个地方就需要使用异常处理。除了上述文件读取的例子，我可以再举一个例子来说明。

>  *  大型社交网站的后台，需要针对用户发送的请求返回相应记录。用户记录往往储存在 key-value 结构的数据库中，每次有请求过来后，我们拿到用户的 ID，并用 ID 查询数据库中此人的记录，就能返回相应的结果。
>  *  而数据库返回的原始数据，往往是 json string 的形式，**这就需要我们首先对 json string 进行 decode（解码）**，你可能很容易想到下面的方法：

import json
    raw_data = queryDB(uid) # 根据用户的id，返回相应的信息
    data = json.loads(raw_data)

>  *  这样的代码是不是就足够了呢？
>  *  要知道，**在 json.loads() 函数中，输入的字符串如果不符合其规范，那么便无法解码，就会抛出异常，因此加上异常处理十分必要**。

try:
        data = json.loads(raw_data)
        ....
    except JSONDecodeError as err:
        print('JSONDecodeError: {}'.format(err))

>  *  不过，有一点切记，我们不能走向另一个极端——**滥用异常处理**。
>  *  比如，当你想要查找字典中某个键对应的值时，绝不能写成下面这种形式：

d = {
        'name': 'jason', 'age': 20}
    try:
        value = d['dob']
        ...
    except KeyError as err:
        print('KeyError: {}'.format(err))

>  *  诚然，这样的代码并没有 bug，但是让人看了摸不着头脑，也显得很冗余。如果你的代码中充斥着这种写法，无疑对阅读、协作来说都是障碍。因此，对于 flow-control（流程控制）的代码逻辑，我们一般不用异常处理。
>  *  字典这个例子，写成下面这样就很好。

if 'dob' in d:
        value = d['dob']
        ...

# 五. 总结 #

>  *  这节课， 我们一起学习了 Python 的异常处理及其使用场景，你需要重点掌握下面几点。
>  *  异常，通常是指程序运行的过程中遇到了错误，终止并退出。我们通常使用 try except 语句去处理异常，这样程序就不会被终止，仍能继续执行。
>  *  处理异常时，如果有必须执行的语句，比如文件打开后必须关闭等等，则可以放在 finally block 中。
>  *  异常处理，通常用在你不确定某段代码能否成功执行，也无法轻易判断的情况下，比如数据库的连接、读取等等。正常的 flow-control 逻辑，不要使用异常处理，直接用条件语句解决就可以了。

# 思考题 #

>  *  最后，给你留一个思考题。在异常处理时，如果 try block 中有多处抛出异常，需要我们使用多个 try except block 吗？以数据库的连接、读取为例，下面两种写法，你觉得哪种更好呢？

>  *  第一种：

try:
        db = DB.connect('<db path>') # 可能会抛出异常
        raw_data = DB.queryData('<viewer_id>') # 可能会抛出异常
    except (DBConnectionError, DBQueryDataError) err:
        print('Error: {}'.format(err))

>  *  第二种：

try:
        db = DB.connect('<db path>') # 可能会抛出异常
        try:
            raw_data = DB.queryData('<viewer_id>')
        except DBQueryDataError as err:
             print('DB query data error: {}'.format(err))
    except DBConnectionError as err:
         print('DB connection error: {}'.format(err))

>  *  第一种写法更加简洁，易于阅读。而且except后面的错误类型先抛出数据库连接错误，之后才抛出查询错误，实现的异常处理和第二种一样。

[Link 1]: https://docs.python.org/3/library/exceptions.html#bltin-exceptions