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>

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

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)

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

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')

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1si += 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

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])]]

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

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=msgdef __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

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'))

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 。

在这里插入图片描述

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。

在这里插入图片描述

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

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