【Python】从入门到上头— 错误和异常以及调试（5）

一.错误和异常

• Python 有两种错误很容易辨认：语法错误和异常。

  • Python assert（断言）用于判断一个表达式，在表达式条件为false的时候触发异常。
    

1.语法错误

Python 的语法错误或者称之为解析错，是初学者经常碰到的，如下实例

>>> while True print('Hello world')
  File "<stdin>", line 1, in ?
    while True print('Hello world')
                   ^
SyntaxError: invalid syntax

• 这个例子中，函数 print() 被检查到有错误，是它前面缺少了一个冒号 : 。

  • 语法分析器指出了出错的一行，并且在最先找到的错误的位置标记了一个小小的箭头。

2.异常

• 即便 Python 程序的语法是正确的，在运行它的时候，也有可能发生错误。运行期检测到的错误被称为异常。

  • 大多数的异常都不会被程序处理，都以错误信息的形式展现在这里:

>>> 10 * (1/0)             # 0 不能作为除数，触发异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
ZeroDivisionError: division by zero

>>> 4 + spam*3             # spam 未定义，触发异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
NameError: name 'spam' is not defined

>>> '2' + 2               # int 不能与 str 相加，触发异常
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

二.异常处理

1.try/except

• 异常捕捉可以使用 try/except 语句。

  • 例如：让用户输入一个合法的整数，但是允许用户中断这个程序（使用Control-C或者操作系统提供的方法）。用户中断的信息会引发一个 KeyboardInterrupt 异常。

    while True:
        try:
            x = int(input("请输入一个数字: "))
            break
        except ValueError:
            print("您输入的不是数字，请再次尝试输入！")
    

    • 首先，执行 try （在关键字 try 和关键字 except 之间的语句）。

    • 如果没有异常发生，忽略 except ，try 执行后结束。

    • 如果在执行 try 的过程中发生了异常，那么 try 子句余下的部分将被忽略。

      • 如果异常的类型和except之后的名称相符，那么对应的 except 子句将被执行。

    • 如果一个异常没有与任何的 except 匹配，那么这个异常将会传递给上层的 try 中。

一个 try 语句可能包含多个except子句，分别来处理不同的特定的异常。最多只有一个分支会被执行。

except (RuntimeError, TypeError, NameError):
    pass

• 最后一个except子句可以忽略异常的名称，它将被当作通配符使用。你可以使用这种方法打印一个错误信息，然后再次把异常抛出。

  import sys
  
  try:
      f = open('myfile.txt')
      s = f.readline()
      i = int(s.strip())
  except OSError as err:
      print("OS error: {0}".format(err))
  except ValueError:
      print("Could not convert data to an integer.")
  except:
      print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
      raise
  

2.try/except…else

try/except 语句还有一个可选的 else 子句，如果使用这个子句，那么必须放在所有的 except 子句之后。

• else 子句将在 try 子句没有发生任何异常的时候执行。

• 以下实例在 try 语句中判断文件是否可以打开，如果打开文件时正常的没有发生异常则执行 else 部分的语句，读取文件内容：

for arg in sys.argv[1:]:
    try:
        f = open(arg, 'r')
    except IOError:
        print('cannot open', arg)
    else:
        print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
        f.close()

3.try-finally

• try-finally 语句无论是否发生异常都将执行最后的代码。
  

try:
    runoob()
except AssertionError as error:
    print(error)
else:
    try:
        with open('file.log') as file:
            read_data = file.read()
    except FileNotFoundError as fnf_error:
        print(fnf_error)
finally:
    print('这句话，无论异常是否发生都会执行。')

三.抛出异常

Python 使用 raise 语句抛出一个指定的异常。

• raise语法格式如下：

raise [Exception [, args [, traceback]]]

• 以下实例如果 x 大于 5 就触发异常:

  x = 10
  if x > 5:
      raise Exception('x 不能大于 5。x 的值为: {}'.format(x))
  

执行结果

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 3, in <module>
    raise Exception('x 不能大于 5。x 的值为: {}'.format(x))
Exception: x 不能大于 5。x 的值为: 10

四.用户自定义异常

以通过创建一个新的异常类来拥有自己的异常。异常类继承自 Exception 类，可以直接继承，或者间接继承，例如:

class MyError(Exception):
        def __init__(self, value):
            self.value = value
        def __str__(self):
            return repr(self.value)
   
try:
   raise MyError(2*2)
except MyError as e:
   print('My exception occurred, value:', e.value)

执行结果

My exception occurred, value: 4
>>> raise MyError('oops!')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
__main__.MyError: 'oops!'

五.调试

print()

第一种方法简单直接粗暴有效，就是用print()把可能有问题的变量打印出来看看：

def foo(s):
    n = int(s)
    print('>>> n = %d' % n)
    return 10 / n

def main():
    foo('0')

main()

断言

凡是用print()来辅助查看的地方，都可以用断言（assert）来替代：

def foo(s):
    n = int(s)
    assert n != 0, 'n is zero!'
    return 10 / n

def main():
    foo('0')

assert的意思是，表达式n != 0应该是True，否则，根据程序运行的逻辑，后面的代码肯定会出错。

• 如果断言失败，assert语句本身就会抛出AssertionError：

  $ python err.py
  Traceback (most recent call last):
    ...
  AssertionError: n is zero!
  

logging

把print()替换为logging是第3种方式，和assert比，logging不会抛出错误，而且可以输出到文件：

import logging

s = '0'
n = int(s)
logging.info('n = %d' % n)
print(10 / n)

• logging.info()就可以输出一段文本。运行，发现除了ZeroDivisionError，没有任何信息。怎么回事？

• 别急，在import logging之后添加一行配置再试试：

• 它允许你指定记录信息的级别，有debug，info，warning，error

  import logging
  logging.basicConfig(level=logging.INFO)
  

• 看到输出了：

  $ python err.py
  INFO:root:n = 0
  Traceback (most recent call last):
    File "err.py", line 8, in <module>
      print(10 / n)
  ZeroDivisionError: division by zero
  

• logging的另一个好处是通过简单的配置，一条语句可以同时输出到不同的地方，比如console和文件。

IDE

• 如果要比较爽地设置断点、单步执行，就需要一个支持调试功能的IDE。目前比较好的Python IDE有：

  • Visual Studio Code：https://code.visualstudio.com/，需要安装Python插件。

  • PyCharm：http://www.jetbrains.com/pycharm/