Python异常处理详解
在shell脚本中，常用if来判断程序的某个部分是否可能会出错，并在if的分支中做出对应的处理，从而让程序更具健壮性。if判断是异常处理的一种方式，所有语言都通用。对于特性完整的编程语言来说，都有专门的异常处理机制，有些语言用起来可能会很复杂，要求一堆堆的，有些语言则非常简洁，用起来非常通畅。
入门示例
异常处理：try/except
对于索引查找的操作，在索引越界搜索的时候会报错。例如：
>>> s="long"
>>> s[4]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range
所报的错误是IndexError。如果将索引查找放在一个函数里：
>>> def fetcher(obj,index):
... return obj[index]
那么调用函数的时候，如果里面的索引越界了，异常将汇报到函数调用者。
>>> fetcher(s,3)
\'g\'
>>> fetcher(s,4)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "<stdin>", line 2, in fetcher
IndexError: string index out of range
可以使用try/except来捕获异常。作为入门示例，下面是简单版的格式：
try:
statement1
...
statementN
except <ERRORTYPE>:
...statementS...
例如，try中是要监视正确执行与否的语句，ERRORTYPE是要监视的错误类型。
- 只要try中的任何一条语句抛出了错误，try中该异常语句后面的语句都不会再执行；
- 如果抛出的错误正好是except所监视的错误类型，就会执行statementS部分的语句；
- 如果异常正好被except捕获(匹配)到了，程序在执行完statementS后会继续执行下去，如果没有捕获到，程序将终止；
- 换句话说，except捕获到错误后，相当于处理了这个错误，程序不会因为已经被处理过的错误而停止
例如捕获上面的函数调用：
def fetcher(obj, index):
return obj[index]
s = "long"
try:
print(fetcher(s, 3) * 4)
print(fetcher(s, 4) * 4)
except IndexError:
print("something wrong")
print("after Exception, Continue")
输出结果：
gggg
something wrong
after Exception, Continue
因为上面的fetcher(s, 4)会抛出异常，且正好匹配except监视的异常类型，所以输出something wrong，异常被处理之后，程序继续执行，即try/except后面的print()。
异常处理：try/finally
finally是try之后一定会执行的语句段落。可以结合except一起使用。
try:
statement1
...
statementN
finally:
...statementF...
try:
statement1
...
statementN
except <ERRORTYPE>:
...statementS...
finally:
...statementF...
不论try中的语句是否出现异常，不论except是否捕获到对应的异常，finally都会执行：
- 如果异常没有被捕获，则在执行finally之后程序退出
- 如果异常被except捕获，则执行完except的语句之后执行finally的语句，然后程序继续运行下去
一般来说，finally中都会用来做程序善后清理工作。
例如：
def fetcher(obj, index):
return obj[index]
s = "long"
try:
print(fetcher(s, 3) * 4)
print(fetcher(s, 4) * 4)
except IndexError:
print("something wrong")
finally:
print("in finally")
print("after Exception, Continue")
输出：
gggg
something wrong
in finally
after Exception, Continue
如果把except那段代码删掉，得到的结果将是：
gggg
in finally # 输出了finally的内容
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 8, in <module>
print(fetcher(s, 4) * 4)
File "g:/pycode/list.py", line 2, in fetcher
return obj[index]
IndexError: string index out of range
产生异常：raise和assert
使用raise或assert可以主动生成异常情况。其中raise可以直接抛出某个异常，assert需要通过布尔值来判断，然后再抛出给定的错误。
例如，在函数里做个没什么用的的判断，用来演示raise：
def fetcher(obj, index):
if index >= len(obj):
raise IndexError
return obj[index]
这和直接索引越界是以一样的。上面raise抛出的异常IndexError是一个内置异常，可以直接引用这些内置异常。稍后会演示如何自定义自己的异常。
抛出异常后，就可以按照前面介绍的try来处理异常。
assert是一种断言，在计算机语言中表示：如果断言条件为真就跳过，如果为假就抛出异常信息。它可以自定义异常信息。
例如:
def fetcher(obj, index):
assert index < len(obj), "one exception"
return obj[index]
很多时候会直接在assert中使用False、True的布尔值进行程序的调试。
assert True, "assert not hit"
assert False, "assert hit"
自定义异常
python中的异常是通过类来定义的，而且所有的异常类都继承自Exception类，而Exception又继承自BaseException(这个类不能直接作为其它异常类的父类)。所以自定义异常的时候，也要继承Exception，当然，继承某个中间异常类也可以。
例如，定义索引越界的异常类，注意这个类中直接pass，但因为继承了Exception，它仍然会有异常信息。
class MyIndexError(Exception):
pass
例如，判断字母是否是大写，如果是，就抛异常：
def fetcher(obj,index):
if index >= len(obj):
raise MyIndexError
return obj[index]
测试一下：
s = "long"
print(fetcher(s, 3) * 4)
print(fetcher(s, 4) * 4)
结果：
gggg
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 12, in <module>
print(fetcher(s, 4) * 4)
File "g:/pycode/list.py", line 6, in fetcher
raise MyIndexError
__main__.MyIndexError
需要注意，因为异常类都继承字Exception，except监视Exception异常的时候，也会匹配其它的异常。更标准地说，监视异常父类，也会捕获到这个类的子类异常。
如何看抛出的异常
看异常信息是最基本的能力。例如，下面的这段代码会报除0错误：
def a(x, y):
return x/y
def b(x):
print(a(x, 0))
b(1)
执行时，报错信息如下：
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 7, in <module>
b(1)
File "g:/pycode/list.py", line 5, in b
print(a(x, 0))
File "g:/pycode/list.py", line 2, in a
return x/y
ZeroDivisionError: division by zero
这个堆栈跟踪信息中已经明确说明了(most recent call last)，说明最近产生异常的调用在最上面，也就是第7行。上面的整个过程是这样的：第7行出错，它是因为第5行的代码引起的，而第5行之所以错是第2行的源代码引起的。
所以，从最底部可以看到最终是因为什么而抛出异常，从最顶部可以看到是执行到哪一句出错。
深入异常处理
try/except/else/finally
try:
<statements>
except <name1>: # 捕获到名为name1的异常
<statements>
except (name2, name3): # 捕获到name2或name3任一异常
<statements>
except <name4> as <data>: # 捕获name4异常，并获取异常的示例
<statements>
except: # 以上异常都不匹配时
<statements>
else: # 没有产生异常时
<statements>
finally: # 一定会执行的
<statements>
注意，当抛出的异常无法被匹配时，将归类于空的except:，但这是很危险的行为，因为很多时候的异常是必然的，比如某些退出操作、内存不足、Ctrl+C等等，而这些都会被捕获。与之大致等价的是捕获异常类的”伪”祖先类Exception，即except Exception:，它和空异常匹配类似，但能解决不少不应该匹配的异常。但使用Exception依然是危险的，能不用尽量不用。
如果一个异常既能被name1匹配，又能被name2匹配，则先匹配到的处理这个异常。
通过as关键字可以将except捕获到的异常对象赋值给data变量。用法稍后会解释，现在需要知道的是，在python 3.x中，变量data只在当前的except块范围内有效，出了范围就会被回收。如果想要保留异常对象，可以将data赋值给一个变量。例如下面的b在出了try范围都有效，但是a在这个except之后就无效了。
except Exception as a:
print(a)
b=a
通过else分句可以知道，这段try代码中没有出现任何异常。否则就不会执行到else分句。
raise
raise用于手动触发一个异常。而每一种异常都是一个异常类，所以触发实际上是触发一个异常类的实例对象。
raise <instance> # 直接触发一个异常类的对象
raise <class> # 构建此处所给类的一个异常对象并触发
raise # 触发最近触发的异常
raise <2> from <1> # 将<1>的异常附加在<2>上
其中第二种形式，raise会根据给定类不传递任何参数地自动构建一个异常对象，并触发这个异常对象。第三种直接触发最近触发的异常对象，这在传播异常的时候很有用。
例如，下面两种方式实际上是等价的，只不过第一种方式传递的是类，raise会隐式地自动创建这个异常类的实例对象。
raise IndexError
raise IndexError()
可以为异常类构建实例时指定点参数信息，这些参数会保存到名为args的元组。例如：
try:
raise IndexError("something wrong")
except Exception as E:
print(E.args)
输出：
(\'something wrong\',)
不仅如此，只要是异常类或异常对象，不管它们的存在形式如何，都可以放在raise中。例如：
err = IndexErro()
raise err
errs = [IndexError, TypeError]
raise errs[0]
对于第三种raise形式，它主要用来传播异常，一般用在except代码段中。例如：
try:
raise IndexError("aaaaa")
except IndexError:
print("something wrong")
raise
因为异常被except捕获后，就表示这个异常已经处理过了，程序会跳转到finally或整个try块的尾部继续执行下去。但是如果不想让程序继续执行，而是仅仅只是想知道发生了这个异常，并做一番处理，然后继续向上触发异常。这就是异常传播。
因为实际触发的异常都是类的实例对象，所以它有属性。而且，可以通过在except中使用as来将对象赋值给变量：
try:
1/0
except Exception as a:
print(a)
变量a在出了except的范围就失效，所以可以将它保留给一个不会失效的变量：
try:
1/0
except Exception as a:
print(a)
b=a
print(b)
如果在一个except中触发了另一个异常，会造成异常链：
try:
1/0
except Exception as E:
raise TypeError(\'Bad\')
将会报告两个异常，并提示处理异常E的时候，触发了另一个异常TypeError。
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 2, in <module>
1/0
ZeroDivisionError: division by zero
During handling of the above exception, another exception occurred:
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 4, in <module>
raise TypeError(\'Bad\')
TypeError: Bad
使用from关键字，可以让关系更加明确。
try:
1/0
except Exception as E:
raise TypeError(\'Bad\') from E
下面是错误报告：
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 2, in <module>
1/0
ZeroDivisionError: division by zero
The above exception was the direct cause of the following exception:
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 4, in <module>
raise TypeError(\'Bad\') from E
TypeError: Bad
实际上，使用from关键字的时候，会将E的异常对象附加到TypeError的__cause__属性上。
但无论如何，这里都触发了多个异常。在python 3.3版本，可以使用from None的方式来掩盖异常的来源，也就是禁止输出异常E，停止异常链：
try:
1/0
except Exception as E:
raise TypeError(\'Bad\') from None
错误报告如下：
Traceback (most recent call last):
File "g:/pycode/list.py", line 4, in <module>
raise TypeError(\'Bad\') from None
TypeError: Bad
可见，异常信息中少了很多内容。
assert
assert断言常用于调试。用法如下：
assert test, data
它实际上等价于是条件判断的raise。它等价于下面的方式：
if __debug__:
if not test:
raise AssertionError(data)
如果条件test的测试为真，就跳过，否则就抛出异常。这个异常是通过AssertionError类构造的，构造异常对象的参数是data。data会放进名为args的元组属性中。
try:
assert False,"something wrong"
except Exception as E:
print(E.args)
同样，assert产生的是名为AssertionError的异常，如果不捕获这个AssertionError异常，程序将会终止。
除了调试，assert还偶尔用来判断必要的条件，不满足条件就异常，以便让程序更加健壮。例如：
def f(x):
assert x >= 0, "x must great or equal than 0"
return x ** 2
print(f(2))
print(f(0))
print(f(-2)) # 触发AssertionError异常
需要注意的是，写assert的测试条件时，测试结果为假才触发异常。所以，应该以if not true的角度去考虑条件，或者以unless的角度考虑。或者说，后面触发的异常信息，和测试条件应该是正相关的，例如示例中异常信息的说法是x必须大于等于0，和测试条件x >= 0是正相关的。
assert还常用于父类方法的某些方法中，这些方法要求子类必须重写父类的方法。于是：
class cls:
...
def f(self):
assert False, "you must override method: f"
此外，assert不应该用来触发那些python早已经定义好的异常。例如索引越界、类型错误等等。这些python已经定义好的异常，我们再去用AssertionError触发，这是完全多余的。例如：
def f(obj,index):
assert index > len(obj), "IndexError"
return obj[index]
sys.exc_info()
该函数用来收集正在处理的异常的信息。
它返回一个包含3个值的元组(type, value, traceback)，它们是当前正在处理的异常的信息。如果没有正在处理的异常，则返回3个None组成的元组。
其中:
- type表示正在处理的异常类
- value表示正在处理的异常实例
- traceback表示一个栈空间的回调对象(参考官方手册traceback object)
看一个示例即可知道。
class General(Exception):pass
def raise0():
x = General()
raise x
try:
raise0()
except Exception:
import sys
print(sys.exc_info())
执行结果：
(<class \'__main__.General\'>, General(), <traceback object at 0x0388F2B0>)
结果很明显，第一个返回值是异常类General，第二个返回值是抛出的异常类的实例对象，第三个返回值是traceback对象。
实际上，当需要获取当前处理的异常类时，还可以通过异常对象的__class__来获取，因为异常对象可以在except/as中赋值给变量：
class General(Exception):pass
def raise0():
x = General()
raise x
try:
raise0()
except Exception as E:
import sys
print(sys.exc_info()[0])
print(E.__class__)
它们的的结果是完全一样的：
<class \'__main__.General\'>
<class \'__main__.General\'>
什么时候要获取异常类的信息？当except所监视的异常类比较大范围，同时又想知道具体的异常类。比如，except:或except Exception:这两种监视的异常范围都非常大，前者会监视BaseException，也就是python的所有异常，后者监视的是Exception，也就是python的所有普通的异常。正因为监视范围太大，导致不知道具体是抛出的是哪个异常。
区分异常和错误
错误都是异常，但异常并不一定都是错误。
很常见的，文件结尾的EOF在各种语言中它都定义为异常，是异常就能被触发捕获，但在逻辑上却不认为它是错误。
除此之外，还有操作系统的异常，比如sys.exit()引发的SystemeExit异常，ctrl+c引发的的中断异常KeyboardInterrupt都属于异常，但它们和普通的异常不一样。而且python中的普通异常都继承字Exception类，但SystemExit却并非它的子类，而是BaseException的子类。所以能通过空的except:捕获到它，却不能通过except Exception:来捕获。
异常类的继承
所有异常类都继承自Exception，要编写自定义的异常时，要么直接继承该类，要么继承该类的某个子类。
例如，下面定义三个异常类，General类继承Exception，另外两个继承General类，表示这两个是特定的、更具体的异常类。
class General(Exception):pass
class Specific1(General): pass
class Specific2(General): pass
def raise0():
x = General()
raise x
def raise1():
x = Specific1()
raise x
def raise2():
x = Specific2()
raise x
测试下：
for func in (raise0, raise1, raise2):
try:
func()
except General as E:
import sys
print("caught: ", E.__class__)
执行结果：
caught: <class \'__main__.General\'>
caught: <class \'__main__.Specific1\'>
caught: <class \'__main__.Specific2\'>
前面说过，except监视父类异常的时候，也会捕获该类的子类异常。正如这里监视的是Gereral类，但触发了Specific子类异常也会被捕获。
异常类的嵌套
这是非常常见的陷阱。有两种异常嵌套的方式：try的嵌套；代码块的异常嵌套(比如函数嵌套)。无论是哪种嵌套模式，异常都只在最近(或者说是最内层)的代码块中被处理，但是finally块是所有try都会执行的。
第一种try的嵌套模式：
try:
try:
(1)
except xxx:
(2)
finally:
(3)
except yyy:
...
finally:
(4)
如果在(1)处抛出了异常，无论yyy是否匹配这个异常，只要xxx能匹配这个异常，就会执行(2)。但(3)、(4)这两个finally都会执行。
第二种代码块嵌套，常见的是函数调用的嵌套，这种情况可能会比较隐式。例如：
def action2():
print(1 + [])
def action1():
try:
action2()
except TypeError:
print(\'inner try\')
try:
action1()
except TypeError:
print(\'outer try\')
执行结果：
inner try
上面的action2()会抛出一个TypeError的异常。在action1()中用了try包围action2()的调用，于是action2()的异常汇报给action1()层，然后被捕获。
但是在最外面，使用try包围action1()的调用，看上去异常也会被捕获，但实际上并不会，因为在action2()中就已经通过except处理好了异常，而处理过的异常将不再是异常，不会再触发外层的异常，所以上面不会输出”outer try”。
except应该捕获哪些异常
在考虑异常捕获的时候，需要注意几点：
- except监视的范围别太大了
- except监视的范围别太小了
- 有些异常本就该让它中断程序的运行，不要去捕获它
第三点很容易理解，有些异常会导致程序无法进行后续的运行，改中断还是得中断。
对于第一点，可能常用的大范围异常监视就是下面两种方式：
except:
except Exception:
这两种方式监视的范围都太大了，比如有些不想处理的异常也会被它们监视到。更糟糕的可能是本该汇报给上层的异常，结果却被这种大范围捕获了。例如：
def func():
try:
...
except:
...
try:
func()
except IndexErro:
...
本来是想在外层的try中明确捕获func触发的IndexError异常的，但是func()内却使用了空的except:，使得异常直接在这里被处理，外层的try永远也捕获不到任何该函数的异常。
关于第二点，不应该监视范围太小的异常。范围小，意味着监视的异常太过具体，太过细致，这种监视方式虽然精确，但却不利于维护。例如E1异常类有2个子异常类E2、E3，在代码中监视了E2、E3，但如果未来又添加了一个E1的子异常类E4，那么又得去改代码让它监视E4。如果代码是写给自己用的倒无所谓，但如果像通用模块一样交给别人用的，这意味着让别的模块使用者也去改代码。
自定义异常类
在前面设计异常类的时候，总是使用pass跳过类代码体。但却仍然能使用这个类作为异常类，因为它继承了Exception，在Exception中有相关代码可以输出异常信息。
前面说过，在构造异常类的时候可以传递参数，它们会放进异常实例对象的args属性中：
try:
raise IndexError("something wrong")
except Exception as E:
print(E.args)
try:
assert False,"something wrong too"
except Exception as E:
print(E.args)
I = IndexError(\'text\')
print(I.args)
对于用户自定义的类，也一样如此：
class MyError(Exception):pass
try:
raise MyError(\'something wrong\')
except MyError as E:
print(E.args)
不仅如此，虽然异常实例对象是一个对象，但如果直接输出实例对象，那么得到的结果将是给定的异常信息，只不过它不在元组中。
I = IndexError("index wrong")
print(I) # 输出"index wrong"
很容易想到，这是因为Exception类中重写了__str__或者__repr__中的某一个或两个都重写了。
自定义异常输出
于是，自定义异常类的时候，也可以重写这两个中的一个，从而可以定制属于自己的异常类的输出信息。一般来说只重写__str__，因为Exception中也是重写该类，且它的优先级高于__repr__。
例如下面自定义的异常类。当然，这个示例的效果非常简陋，但已足够说明问题。
class MyError(Exception):
def __str__(self):
return \'output this message for something wrong\'
try:
raise MyError("hahhaha")
except MyError as E:
print(E)
输出结果：
output this message for something wrong
提供构造方法
自定义异常类的时候，可以重写构造方法__init__()，这样raise异常的时候，可以指定构造的数据。而且更进一步的，还可以重写__str__来自定义异常输出。
例如，格式化文件的程序中定义一个异常类，用来提示解析到哪个文件的哪一行出错。
class MyError(Exception):
def __init__(self,line,file):
self.line = line
self.file = file
def __str__(self):
return "format failed: %s at %s" % (self.file, self.line)
def format():
...
raise MyError(42, "a.json")
...
try:
format()
except MyError as E:
print(E)
提供异常类的其它方法
异常类既然是类，说明它可以像普通类一样拿来应用。比如添加其它类方法。
例如，可以将异常信息写入到文件中。只需提供一个向文件写入的方法，并在except的语句块中调用这个方法即可。
class MyError(Exception):
def __init__(self, line, file):
self.line = line
self.file = file
def logerr(self):
with open(\'Error.log\', \'a\') as logfile:
print(self, file=logfile)
def __str__(self):
return "format failed: %s at %s" % (self.file, self.line)
def format():
raise MyError(42, "a.json")
try:
format()
except MyError as E:
E.logerr()