15.Python 異常處理和程序調試

1. 異常處理

異常就是在程序執行過程中發生的超出預期的事件。一般情況下，當程序無法正常執行時，都會拋出異常。

在開發過程中，由于疏忽或考慮不周，出現的設計錯誤。因此，在后期程序調試中應該根據錯誤信息，找到出錯位置，并對錯誤代碼進行分析和排錯。
難以避免的運行問題，如讀寫權限不一致、網絡異常、文件不存在、內存溢出、數據類型不一致等。針對這類異常，在設計時可以主動捕獲異常，防止程序意外終止。
主動拋出異常。在程序設計中，可以根據設計需要主動拋出異常，引導程序按照預先設計的邏輯運行，防止用戶不恰當地操作。

當發生異常時，一般應該捕獲異常，并妥善處理。如果異常未被處理，程序將終止運行，因此為程序添加異常處理，能使程序更健壯。

異常也是一種類型，所有的異常實例都繼承自BaseException基類。使用Exception可以捕獲所有類型的異常。

使用try…except語句可以捕獲和處理異常，語句格式如下：

try:   # 捕獲異常<執行語句>
except [異常類型[ as 別名]]: # 處理異常<處理語句>

把目標代碼放在try語句中，在except關鍵字后面設置可選的異常類型。如果省略異常類型，則表示捕獲全部異常類型。如果類型的名稱比較長，可以使用as關鍵字設置別名，方便在異常處理中引用。如果不需要處理異常，可以在except代碼塊中使用pass語句忽略。

try:'1' + 0 # 錯誤運算
except: # 捕獲所有的異常print('發生錯誤') # 提示錯誤信息try:f = open('test.txt','r') # 打開不存在的文件
except IOError as e:  # 捕獲IOError類型異常print('錯誤編號：%s，錯誤信息：%s'%(e.errno,e.strerror)) #顯示錯誤信息try:f = open('test.txt','r') # 打開不存在的文件
except Exception as e:  # 捕獲IOError類型異常print('錯誤編號：%s，錯誤信息：%s'%(e.errno,e.strerror)) #顯示錯誤信息

使用except語句可以同時處理多個異常，語法格式如下：

# 多個異常類型以元組形式進行設置，當try代碼發生其中一個，都被except處理。
try: # 捕獲異常<執行語句>
except ([Exception1[,Exception2,...,ExceptionN]]) [ as 別名]: # 處理異常<處理語句># 多個異常類型按優先順序分別進行處理
try: # 捕獲異常<執行語句>
except ([Exception1[,Exception2]]) [ as 別名]:<處理語句1>
...
except [Exception]:<處理語句N># 樣例
li = [] # 定義空列表
try:print(c) # 發生NameError異常print(3/0) # 發生ZeroDivisionError異常li[2] # 發生IndexError異常a = 123 + 'hello world'  # 發生TypeError異常
except NameError as e:print('出現NameError異常！',e)
except ZeroDivisionError as e:print('出現ZeroDivisionError異常！',e)
except IndexError as e:print('出現IndexError異常！',e)
except TypeError as e:print('出現TypeError異常！',e)
except Exception as e:print('出現其它異常！',e)

在try代碼塊中可以嵌套使用try…except結構，設計多層嵌套的異常處理結構，異常對象可以從內向外逐層向上傳遞。

try:try:try:f = open('test.txt','r') # 打開并不存在的文件except NameError as e: # 捕獲未聲明的變量異常print('NameError')except IndexError as e: # 捕獲索引超出異常print('IndexError')
except IOError as e: # 獲取輸入或輸出的異常print('IOError')# 輸出：IOError

try…except異常處理結構允許附帶一個可選的else子句，用來設計當沒有發生異常時，正常處理的代碼塊。else子句在異常發生時，不會被執行，只有當異常沒有發生時才會執行。

try: # 捕獲異常<執行語句>
except [異常類型][ as 別名]: # 處理異常<異常處理語句>
else: # 當異常未發生時執行<正常處理語句>try:f = open('test.txt','r') # 打開文件
except:  # 如文件打開異常，則執行此print('出錯了')
else: # 如文件正常打開，則執行此print(f.read()) # 讀取文件內容try:f = open('test.txt','r') # 打開文件print(f.read()) # 如文件打開異常，則不執行此
except: # 如文件打開異常，則執行此print('出錯了')

善后處理：try…except異常處理結構還可以帶一個可選的finally子句，它表示無論異常是否發生，最后都要執行finally語句塊。

try: # 捕獲異常<執行語句>
except [異常類型][ as 別名]: # 處理異常<異常處理語句>
else: # 當異常未發生時執行<正常處理語句>
finally: # 不管異常是否發生，最后都要執行<最后必須處理語句>import time 
i = 1 
while True: # 無限循環try:print(i) # 打印變量continue # 退出執行下一次循環print('永不執行') # 不執行該句finally: time.sleep(1) # 暫停1si += 1 # 遞增變量continue # 退出執行下一次循環print('永不執行') # 不執行語句

拋出異常：使用raise語句主動拋出一個異常，這樣可以確保程序根據開發人員的設計邏輯執行，也可以對用戶的行為進行監控，避免意外操作。

raise [Exception[(args[,traceback])]]

raise 語句3種用法：

raise：單獨一個raise。該語句將引發當前上下文捕獲的異常，默認引發RuntimeError異常。
raise 異常類名稱：raise 后帶一個異常類名稱，表示引發執行指定類型的異常。
raise 異常類名稱(描述信息)：在引發指定類型的異常時，顯示異常的描述信息。

try:a = input('輸入一個數')if (not a.isdigit()):raise
except RuntimeError as e:print('引發異常：',repr(e)) # 引發異常： RuntimeError('No active exception to reraise')def test(num):try:if type(num) != int: # 如果為非數字的值，則拋出TypeError錯誤raise TypeError('參數不是數字') if num <= 0: # 如果為非正整數，則拋出ValueError錯誤raise ValueError('參數為不大于0的整數')print(num) # 打印數字except Exception as e:print(e) # 打印錯誤信息
test('1') # 參數不是數字
test(0) # 參數為不大于0的整數
test(2) # 2

自定義異常：自定義異常類型必須直接或間接繼承Exception類。

class MyError(Exception):def __init__(self,msg):self.msg=msgdef __str__(self):return self.msg
try:raise MyError('自定義錯誤信息') # 主動拋出自定義錯誤
except MyError as e:print(e) # 打印：自定義錯誤信息

跟蹤異常：使用traceback可以跟蹤異常，記錄異常發生時有關函數調用的堆棧信息。具體格式如下：

import traceback
try:1/0
except Exception as e:traceback.print_exc() # 打印詳細的錯誤信息traceback.format_exc() # 格式化字符串的形式返回錯誤信息# 把錯誤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. 程序調試

在編寫程序中，常見錯誤有兩種：語法錯誤和異常。語法錯誤又稱解析錯誤，SyntaxError: invalid syntax 。

在這里插入圖片描述

即使語句或表達式在語法上是正確的，但在執行時也可能會引發錯誤，該錯誤稱為異常，異常如果不被捕獲，被程序處理，則會中止程序，并顯示異常提示信息。

在這里插入圖片描述

使用assert語句可以定義斷言，斷言用于判斷一個表達式，在表達式條件為Flase的時候觸發異常，而不必等待程序運行后出現崩潰的情況。

def foo(s):n = int(s)assert n != 0,'n is zero!' # 設置斷言return 10/n
def main():foo('0')main()# 在交互式模式中，可以使用-O參數關閉 assert
python -O test1.py

使用pdb，pdb 是Python自帶的一個包，提供了一種交互的源代碼調試功能，主要特性包括：設置斷點、單步調試、進入函數調試、查看當前代碼、查看棧片段、動態改變變量的值等。pdb常用的調試命令：

break或b：設置斷點。
continue或c：繼續執行程序。
list或l：查看當前行的代碼段。
step或s：進入函數。
return或r：執行代碼直到從當前函數返回。
exit或q：中止并退出。
next或n：執行下一行。
p val：打印變量的值。
help：幫助。

# 新建test1.py文件，代碼如下
s = '0'
n = int(s)
print(10/n)
# cd 命令進入到test1.py文件所在目錄
cd edition_master
# 啟動pdb調試器
python -m pdb test1.py
# 執行操作
l # 查看當前行的代碼段
n # 下一步
p s # 打印變量s
q # 退出