Python错误和异常处理

在学习Python编程时，遇到错误信息是很常见的情况。Python会通过错误提示来告诉我们程序哪里出了问题。了解这些错误信息并学会处理异常，是成为合格程序员的重要一步。

Python中的两种错误

Python主要有两种错误类型：语法错误和异常。

语法错误

语法错误是初学者最容易遇到的错误。这种错误发生在代码编写阶段，通常是因为没有遵守Python的语法规则。

比如下面这个例子：

# 错误的写法
while True print('Hello world')

运行这段代码会显示：

SyntaxError: invalid syntax

错误信息会指出问题所在的位置。在这个例子中，print前面缺少了冒号，正确的写法应该是：

# 正确的写法
while True:
    print('Hello world')

异常

即使代码语法完全正确，运行时也可能出现问题，这种情况叫做异常。

常见的异常例子：

# 除以零错误
result = 10 * (1/0)  # ZeroDivisionError: division by zero

# 使用未定义的变量
value = 4 + spam * 3  # NameError: name 'spam' is not defined

# 类型不匹配
text = '2' + 2  # TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

每种异常都有特定的类型，比如ZeroDivisionError、NameError、TypeError等。

异常处理的基本方法

使用try-except

我们可以使用try-except语句来捕获和处理异常。

# 处理用户输入错误
while True:
    try:
        number = int(input("请输入一个数字: "))
        break  # 如果输入正确，跳出循环
    except ValueError:
        print("输入的不是有效数字，请重新输入！")

print(f"你输入的数字是: {number}")

处理多种异常

一个try语句可以包含多个except子句，用于处理不同类型的异常。

try:
    # 尝试打开文件并读取内容
    with open('data.txt', 'r') as file:
        content = file.read()
        number = int(content.strip())
        
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except ValueError:
    print("文件内容不是有效的数字")
except Exception as e:
    print(f"发生了未知错误: {e}")

使用else子句

else子句中的代码只在try块没有发生异常时执行。

try:
    number = int(input("请输入数字: "))
except ValueError:
    print("输入的不是数字")
else:
    # 只有在没有异常时才执行
    result = number * 2
    print(f"两倍结果是: {result}")

使用finally子句

finally子句中的代码无论是否发生异常都会执行。

try:
    file = open('example.txt', 'r')
    content = file.read()
    number = int(content)
except (FileNotFoundError, ValueError) as e:
    print(f"错误: {e}")
finally:
    # 无论是否出错，都要关闭文件
    file.close()
    print("文件已关闭")

实际应用示例

示例1：安全的数字输入

def get_positive_number():
    """获取用户输入的正数"""
    while True:
        try:
            number = float(input("请输入一个正数: "))
            if number <= 0:
                print("请输入大于0的数字")
                continue
            return number
        except ValueError:
            print("请输入有效的数字")
        except KeyboardInterrupt:
            print("\n程序被用户中断")
            return None

# 使用示例
num = get_positive_number()
if num is not None:
    print(f"你输入的数字是: {num}")

示例2：文件操作异常处理

def read_config_file(filename):
    """安全地读取配置文件"""
    config = {}
    try:
        with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
            for line_num, line in enumerate(file, 1):
                line = line.strip()
                if line and not line.startswith('#'):  # 跳过空行和注释
                    try:
                        key, value = line.split('=', 1)
                        config[key.strip()] = value.strip()
                    except ValueError:
                        print(f"第{line_num}行格式错误: {line}")
                        
    except FileNotFoundError:
        print(f"配置文件 {filename} 不存在")
    except PermissionError:
        print(f"没有权限读取文件 {filename}")
    except UnicodeDecodeError:
        print(f"文件编码错误，请使用UTF-8编码")
    
    return config

# 使用示例
config = read_config_file('app.config')
print("配置内容:", config)

示例3：网络请求异常处理

import requests

def safe_download(url, timeout=10):
    """安全地下载网页内容"""
    try:
        response = requests.get(url, timeout=timeout)
        response.raise_for_status()  # 如果状态码不是200，抛出异常
        return response.text
        
    except requests.exceptions.Timeout:
        print("请求超时，请检查网络连接")
    except requests.exceptions.ConnectionError:
        print("网络连接错误，请检查URL是否正确")
    except requests.exceptions.HTTPError as e:
        print(f"HTTP错误: {e}")
    except Exception as e:
        print(f"未知错误: {e}")
    
    return None

# 使用示例
content = safe_download("https://fly63.com")
if content:
    print("下载成功，内容长度:", len(content))

主动抛出异常

我们可以使用raise语句主动抛出异常。

基本用法

def validate_age(age):
    """验证年龄是否有效"""
    if not isinstance(age, int):
        raise TypeError("年龄必须是整数")
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise ValueError("年龄不能超过150岁")
    return True

# 测试
try:
    validate_age(-5)
except ValueError as e:
    print(f"验证失败: {e}")

在特定条件下抛出异常

def process_order(amount, inventory):
    """处理订单"""
    if amount <= 0:
        raise ValueError("订单数量必须大于0")
    if amount > inventory:
        raise Exception(f"库存不足，当前库存: {inventory}")
    
    print(f"订单处理成功，数量: {amount}")
    return True

# 使用示例
try:
    process_order(10, 5)  # 库存只有5，要买10个
except Exception as e:
    print(f"订单处理失败: {e}")

自定义异常

我们可以创建自己的异常类，让错误处理更加精确。

class BankAccountError(Exception):
    """银行账户相关异常的基类"""
    pass

class InsufficientFundsError(BankAccountError):
    """余额不足异常"""
    def __init__(self, balance, amount):
        self.balance = balance
        self.amount = amount
        super().__init__(f"余额不足。当前余额: {balance}, 需要: {amount}")

class InvalidAmountError(BankAccountError):
    """无效金额异常"""
    pass

class BankAccount:
    def __init__(self, initial_balance=0):
        self.balance = initial_balance
    
    def withdraw(self, amount):
        if amount <= 0:
            raise InvalidAmountError("取款金额必须大于0")
        if amount > self.balance:
            raise InsufficientFundsError(self.balance, amount)
        
        self.balance -= amount
        print(f"取款成功: {amount}, 当前余额: {self.balance}")
        return amount

# 使用示例
account = BankAccount(1000)

try:
    account.withdraw(1500)  # 尝试取出1500，但余额只有1000
except InsufficientFundsError as e:
    print(f"取款失败: {e}")
except BankAccountError as e:
    print(f"账户操作失败: {e}")

断言(assert)的使用

assert语句用于在代码中检查条件是否满足，如果不满足就抛出AssertionError。

def calculate_average(numbers):
    """计算数字列表的平均值"""
    assert isinstance(numbers, list), "输入必须是列表"
    assert len(numbers) > 0, "列表不能为空"
    assert all(isinstance(x, (int, float)) for x in numbers), "列表元素必须是数字"
    
    return sum(numbers) / len(numbers)

# 测试
try:
    result = calculate_average([])  # 空列表
except AssertionError as e:
    print(f"断言错误: {e}")

使用with语句自动清理资源

with语句可以确保资源被正确释放，即使发生异常也不例外。

# 自动关闭文件
with open('data.txt', 'r') as file:
    content = file.read()
    # 即使这里发生异常，文件也会被正确关闭
    numbers = [int(x) for x in content.split()]

# 文件已经自动关闭，不需要手动调用file.close()
print("处理完成，文件已自动关闭")

调试技巧

获取详细的错误信息

import traceback

def debug_function():
    try:
        # 可能出错的代码
        result = 10 / 0
    except Exception as e:
        print("错误类型:", type(e).__name__)
        print("错误信息:", str(e))
        print("详细的错误跟踪:")
        traceback.print_exc()

debug_function()

记录错误日志

import logging

# 配置日志
logging.basicConfig(
    filename='app.log',
    level=logging.ERROR,
    format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s'
)

def safe_operation():
    try:
        # 业务逻辑
        risky_operation()
    except Exception as e:
        logging.error(f"操作失败: {e}", exc_info=True)
        print("操作失败，详情请查看日志文件")

safe_operation()

最佳实践建议

具体处理异常：不要简单地使用except:，应该捕获具体的异常类型
提供有用的错误信息：让用户知道发生了什么以及如何修复
不要过度使用异常：正常的程序流程不应该依赖异常处理
记录异常：在生产环境中记录异常信息以便调试
保持简洁：异常处理代码应该清晰易懂

# 好的做法
try:
    value = int(user_input)
except ValueError:
    print("请输入有效的整数")

# 不好的做法
try:
    value = int(user_input)
except:
    print("出错了")  # 信息不具体，而且会捕获所有异常

掌握异常处理技巧，能够让你的程序更加健壮和用户友好。记住，好的程序不仅要能正确处理正常情况，还要能优雅地处理异常情况。

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