15 进阶：错误和异常

当你的程序出现例外情况时就会发生异常（Exception）。例如，当你想要读取一个文件时，而那个文件却不存在，怎么办？又或者你在程序执行时不小心把它删除了，怎么办？这些通过使用异常来进行处理。

类似地，如果你的程序中出现了一些无效的语句该怎么办？Python 将会对此进行处理，举起（Raises）它的小手来告诉你哪里出现了一个错误（Error）。

错误

你可以想象一个简单的 print 函数调用。如果我们把 print 误拼成 Print 会怎样？你会注意到它的首字母是大写。在这一例子中，Python 会抛出（Raise）一个语法错误。

>>> Print("Hello World")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'Print' is not defined
>>> print("Hello World")
Hello World

你会注意到一个 NameError 错误被抛出，同时 Python 还会打印出检测到的错误发生的位置。这就是一个错误错误处理器（Error Handler） 为这个错误所做的事情。

异常

我们将尝试（Try）去读取用户的输入内容。按下 [ctrl-d] 来看看会发生什么事情。

>>> s = input('Enter something --> ')
Enter something --> Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
EOFError

此处 Python 指出了一个称作 EOFError 的错误，代表着它发现了一个文件结尾（End of File）符号（由 ctrl-d 实现）在不该出现的时候出现了。

处理异常

我们可以通过使用 try..except 来处理异常状况。一般来说我们会把通常的语句放在 try 代码块中，将我们的错误处理器代码放置在 except 代码块中。

案例（保存文 exceptions_handle.py）：

try:
    text = input('Enter something --> ')
except EOFError:
    print('Why did you do an EOF on me?')
except KeyboardInterrupt:
    print('You cancelled the operation.')
else:
    print('You entered {}'.format(text))

输出：

# Press ctrl + d
$ python exceptions_handle.py
Enter something --> Why did you do an EOF on me?

# Press ctrl + c
$ python exceptions_handle.py
Enter something --> ^CYou cancelled the operation.

$ python exceptions_handle.py
Enter something --> No exceptions
You entered No exceptions

它是如何工作的

我们将所有可能引发异常或错误的语句放在 try 代码块中，并将相应的错误或异常的处理器（Handler）放在 except 子句或代码块中。except 子句可以处理某种特定的错误或异常，或者是一个在括号中列出的错误或异常。如果没有提供错误或异常的名称，它将处理所有错误与异常。

要注意到必须至少有一句 except 字句与每一句 try 字句相关联。不然，有一个 try 代码块又有什么意义？

如果没有任何错误或异常被处理，那么将调用 Python 默认处理器，它只会终端程序执行并打印出错误信息。我们已经在前面的章节里见过了这种处理方式。

你还可以拥有一个 else 子句与 try..except 代码块相关联。else 子句将在没有发生异常的时候执行。

在下一个案例中，我们还将了解如何获取异常对象以便我们可以检索其他信息。

抛出异常

你可以通过 raise 语句来引发一次异常，具体方法是提供错误名或异常名以及要抛出（Thrown）异常的对象。

你能够引发的错误或异常必须是直接或间接从属于 Exception（异常） 类的派生类。

案例（保存为 exceptions_raise.py）：

# encoding=UTF-8

class ShortInputException(Exception):
    '''一个由用户定义的异常类'''
    def __init__(self, length, atleast):
        Exception.__init__(self)
        self.length = length
        self.atleast = atleast

try:
    text = input('Enter something --> ')
    if len(text) < 3:
        raise ShortInputException(len(text), 3)
    # 其他工作能在此处继续正常运行
except EOFError:
    print('Why did you do an EOF on me?')
except ShortInputException as ex:
    print(('ShortInputException: The input was ' +
           '{0} long, expected at least {1}')
          .format(ex.length, ex.atleast))
else:
    print('No exception was raised.')

输出：

$ python exceptions_raise.py
Enter something --> a
ShortInputException: The input was 1 long, expected at least 3

$ python exceptions_raise.py
Enter something --> abc
No exception was raised.

它是如何工作的

在本例中，我们创建了我们自己的异常类型。这一新的异常类型叫作 ShortInputException。它包含两个字段——获取给定输入文本长度的 length，程序期望的最小长度 atleast。

在 except 子句中，我们提及了错误类，将该类存储 as（为） 相应的错误名或异常名。这类似于函数调用中的形参与实参。在这个特殊的 except 子句中我们使用异常对象的 length 与 atleast 字段来向用户打印一条合适的信息。

Try ... Finally

假设你正在你的读取中读取一份文件。你应该如何确保文件对象被正确关闭，无论是否会发生异常？这可以通过 finally 块来完成。

保存该程序为 exceptions_finally.py：

import sys
import time

f = None
try:
    f = open("poem.txt")
    # 我们常用的文件阅读风格
    while True:
        line = f.readline()
        if len(line) == 0:
            break
        print(line, end='')
        sys.stdout.flush()
        print("Press ctrl+c now")
        # 为了确保它能运行一段时间
        time.sleep(2)
except IOError:
    print("Could not find file poem.txt")
except KeyboardInterrupt:
    print("!! You cancelled the reading from the file.")
finally:
    if f:
        f.close()
    print("(Cleaning up: Closed the file)")

输出：

$ python exceptions_finally.py
Programming is fun
Press ctrl+c now
^C!! You cancelled the reading from the file.
(Cleaning up: Closed the file)

它是如何工作的

我们按照通常文件读取进行操作，但是我们同时通过使用 time.sleep 函数任意在每打印一行后插入两秒休眠，使得程序运行变得缓慢（在通常情况下 Python 运行得非常快速）。当程序在处在运行过过程中时，按下 ctrl + c 来中断或取消程序。

你会注意到 KeyboardInterrupt 异常被抛出，尔后程序退出。不过，在程序退出之前，finally 子句得到执行，文件对象总会被关闭。

另外要注意到我们在 print 之后使用了 sys.stout.flush()，以便它能被立即打印到屏幕上。

with 语句

在 try 块中获取资源，然后在 finally 块中释放资源是一种常见的模式。因此，还有一个 with 语句使得这一过程可以以一种干净的姿态得以完成。

保存为 exceptions_using_with.py：

with open("poem.txt") as f:
    for line in f:
        print(line, end='')

它是如何工作的

程序输出的内容应与上一个案例所呈现的相同。本例的不同之处在于我们使用的是 open 函数与 with 语句——我们将关闭文件的操作交由 with open 来自动完成。

在幕后发生的事情是有一项 with 语句所使用的协议（Protocol）。它会获取由 open 语句返回的对象，在本案例中就是“thefile”。

它总会在代码块开始之前调用 thefile.__enter__ 函数，并且总会在代码块执行完毕之后调用 thefile.__exit__。

因此，我们在 finally 代码块中编写的代码应该格外留心 __exit__ 方法的自动操作。这能够帮助我们避免重复显式使用 try..finally 语句。

有关该话题的更多讨论已经超出了本书所能涉及的范围，因此请参考 PEP 343 来了解更加全面的解释。

总结

在这一章我们讨论了 try..except 和 try..finally 语句的用法。同时我们也已经看到了如何创建我们自己的异常类型，还有如何抛出异常。