# 8. 错误和异常

至此，本教程还未深入介绍错误信息，但如果您尝试过本教程前文中的例子，应该已经看到过一些错误信息。错误可（至少）被分为两种：语法错误 和 异常。

## 8.1. 语法错误

语法错误又称解析错误，是学习 Python 时最常见的错误：

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

解析器会复现出现句法错误的代码行，并用小“箭头”指向行里检测到的第一个错误。错误是由箭头 上方 的 token 触发的（至少是在这里检测出的）：本例中，在 `print()` 函数中检测到错误，因为，在它前面缺少冒号（`':'`） 。错误信息还输出文件名与行号，在使用脚本文件时，就可以知道去哪里查错。

## 8.2. 异常

即使语句或表达式使用了正确的语法，执行时仍可能触发错误。执行时检测到的错误称为 异常，异常不一定导致严重的后果：很快我们就能学会如何处理 Python 的异常。大多数异常不会被程序处理，而是显示下列错误信息：

    >>> 10 * (1/0)
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    ZeroDivisionError: division by zero
    >>> 4 + spam*3
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    NameError: name 'spam' is not defined
    >>> '2' + 2
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

错误信息的最后一行说明程序遇到了什么类型的错误。异常有不同的类型，而类型名称会作为错误信息的一部分中打印出来：上述示例中的异常类型依次是：`ZeroDivisionError`， `NameError` 和 `TypeError`。作为异常类型打印的字符串是发生的内置异常的名称。对于所有内置异常都是如此，但对于用户定义的异常则不一定如此（虽然这种规范很有用）。标准的异常类型是内置的标识符（不是保留关键字）。

此行其余部分根据异常类型，结合出错原因，说明错误细节。

错误信息开头用堆栈回溯形式展示发生异常的语境。一般会列出源代码行的堆栈回溯；但不会显示从标准输入读取的行。

内置异常 列出了内置异常及其含义。

## 8.3. 异常的处理

可以编写程序处理选定的异常。下例会要求用户一直输入内容，直到输入有效的整数，但允许用户中断程序（使用 ``Control`-`C`` 或操作系统支持的其他操作）；注意，用户中断程序会触发 `KeyboardInterrupt` 异常。

    >>> while True:
    ...     try:
    ...         x = int(input("Please enter a number: "))
    ...         break
    ...     except ValueError:
    ...         print("Oops!  That was no valid number.  Try again...")
    ...

`try` 语句的工作原理如下：

- 首先，执行 try 子句 （`try` 和 `except` 关键字之间的（多行）语句）。

- 如果没有触发异常，则跳过 except 子句，`try` 语句执行完毕。

- 如果在执行 `try` 子句时发生了异常，则跳过该子句中剩下的部分。 如果异常的类型与 `except` 关键字后指定的异常相匹配，则会执行 except 子句，然后跳到 try/except 代码块之后继续执行。

- 如果发生的异常与 except 子句 中指定的异常不匹配，则它会被传递到外部的 `try` 语句中；如果没有找到处理程序，则它是一个 未处理异常 且执行将终止并输出如上所示的消息。

`try` 语句可以有多个 except 子句 来为不同的异常指定处理程序。 但最多只有一个处理程序会被执行。 处理程序只处理对应的 try 子句 中发生的异常，而不处理同一 `try` 语句内其他处理程序中的异常。 except 子句 可以用带圆括号的元组来指定多个异常，例如:

    ... except (RuntimeError, TypeError, NameError):
    ...     pass

如果发生的异常与 `except` 子句中的类是同一个类或是它的基类时，则该类与该异常相兼容（反之则不成立 --- 列出派生类的 except 子句 与基类不兼容）。 例如，下面的代码将依次打印 B, C, D:

    class B(Exception):
        pass

    class C(B):
        pass

    class D(C):
        pass

    for cls in [B, C, D]:
        try:
            raise cls()
        except D:
            print("D")
        except C:
            print("C")
        except B:
            print("B")

请注意如果颠倒 except 子句 的顺序（把 `except B` 放在最前），则会输出 B, B, B --- 即触发了第一个匹配的 except 子句。

发生异常时，它可能具有关联值，即异常 参数 。是否需要参数，以及参数的类型取决于异常的类型。

except 子句 可能会在异常名称后面指定一个变量。 这个变量将被绑定到异常实例，该实例通常会有一个存储参数的 `args` 属性。 为了方便起见，内置异常类型定义了 `__str__()` 来打印所有参数而不必显式地访问 `.args`。

    >>> try:
    ...     raise Exception('spam', 'eggs')
    ... except Exception as inst:
    ...     print(type(inst))    # the exception type
    ...     print(inst.args)     # arguments stored in .args
    ...     print(inst)          # __str__ allows args to be printed directly,
    ...                          # but may be overridden in exception subclasses
    ...     x, y = inst.args     # unpack args
    ...     print('x =', x)
    ...     print('y =', y)
    ...
    <class 'Exception'>
    ('spam', 'eggs')
    ('spam', 'eggs')
    x = spam
    y = eggs

未处理异常的 `__str__()` 输出会被打印为该异常消息的最后部分 ('detail')。

`BaseException` 是所有异常的共同基类。它的一个子类， `Exception` ，是所有非致命异常的基类。不是 `Exception` 的子类的异常通常不被处理，因为它们被用来指示程序应该终止。它们包括由 `sys.exit()` 引发的 `SystemExit` ，以及当用户希望中断程序时引发的 `KeyboardInterrupt` 。

`Exception` 可以被用作通配符，捕获（几乎）一切。然而，好的做法是，尽可能具体地说明我们打算处理的异常类型，并允许任何意外的异常传播下去。

处理 `Exception` 最常见的模式是打印或记录异常，然后重新提出（允许调用者也处理异常）:

    import sys

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

`try` ... `except` 语句具有可选的 else 子句，该子句如果存在，它必须放在所有 except 子句 之后。 它适用于 try 子句 没有引发异常但又必须要执行的代码。 例如:

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

使用 `else` 子句比向 `try` 子句添加额外的代码要好，可以避免意外捕获非 `try` ... `except` 语句保护的代码触发的异常。

异常处理程序不仅会处理在 try 子句 中立刻发生的异常，还会处理在 try 子句 中调用（包括间接调用）的函数。 例如:

    >>> def this_fails():
    ...     x = 1/0
    ...
    >>> try:
    ...     this_fails()
    ... except ZeroDivisionError as err:
    ...     print('Handling run-time error:', err)
    ...
    Handling run-time error: division by zero

## 8.4. 触发异常

`raise` 语句支持强制触发指定的异常。例如：

    >>> raise NameError('HiThere')
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    NameError: HiThere

`raise` 唯一的参数就是要触发的异常。这个参数必须是异常实例或异常类（派生自 `BaseException` 类，例如 `Exception` 或其子类）。如果传递的是异常类，将通过调用没有参数的构造函数来隐式实例化：

    raise ValueError  # shorthand for 'raise ValueError()'

如果只想判断是否触发了异常，但并不打算处理该异常，则可以使用更简单的 `raise` 语句重新触发异常：

    >>> try:
    ...     raise NameError('HiThere')
    ... except NameError:
    ...     print('An exception flew by!')
    ...     raise
    ...
    An exception flew by!
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 2, in <module>
    NameError: HiThere

## 8.5. 异常链

如果一个未处理的异常发生在 `except` 部分内，它将会有被处理的异常附加到它上面，并包括在错误信息中:

    >>> try:
    ...     open("database.sqlite")
    ... except OSError:
    ...     raise RuntimeError("unable to handle error")
    ...
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 2, in <module>
    FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'database.sqlite'

    During handling of the above exception, another exception occurred:

    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 4, in <module>
    RuntimeError: unable to handle error

为了表明一个异常是另一个异常的直接后果， `raise` 语句允许一个可选的 `from` 子句:

    # exc must be exception instance or None.
    raise RuntimeError from exc

转换异常时，这种方式很有用。例如：

    >>> def func():
    ...     raise ConnectionError
    ...
    >>> try:
    ...     func()
    ... except ConnectionError as exc:
    ...     raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
    ...
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 2, in <module>
      File "<stdin>", line 2, in func
    ConnectionError

    The above exception was the direct cause of the following exception:

    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 4, in <module>
    RuntimeError: Failed to open database

它还允许使用 `from None` 表达禁用自动异常链:

    >>> try:
    ...     open('database.sqlite')
    ... except OSError:
    ...     raise RuntimeError from None
    ...
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 4, in <module>
    RuntimeError

异常链机制详见 内置异常。

## 8.6. 用户自定义异常

程序可以通过创建新的异常类命名自己的异常（Python 类的内容详见 类）。不论是以直接还是间接的方式，异常都应从 `Exception` 类派生。

异常类可以被定义成能做其他类所能做的任何事，但通常应当保持简单，它往往只提供一些属性，允许相应的异常处理程序提取有关错误的信息。

大多数异常命名都以 “Error” 结尾，类似标准异常的命名。

许多标准模块定义了自己的异常，以报告他们定义的函数中可能出现的错误。

## 8.7. 定义清理操作

`try` 语句还有一个可选子句，用于定义在所有情况下都必须要执行的清理操作。例如：

    >>> try:
    ...     raise KeyboardInterrupt
    ... finally:
    ...     print('Goodbye, world!')
    ...
    Goodbye, world!
    KeyboardInterrupt
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 2, in <module>

如果存在 `finally` 子句，则 `finally` 子句是 `try` 语句结束前执行的最后一项任务。不论 `try` 语句是否触发异常，都会执行 `finally` 子句。以下内容介绍了几种比较复杂的触发异常情景：

- 如果执行 `try` 子句期间触发了某个异常，则某个 `except` 子句应处理该异常。如果该异常没有 `except` 子句处理，在 `finally` 子句执行后会被重新触发。

- `except` 或 `else` 子句执行期间也会触发异常。 同样，该异常会在 `finally` 子句执行之后被重新触发。

- 如果 `finally` 子句中包含 `break`、`continue` 或 `return` 等语句，异常将不会被重新引发。

- 如果执行 `try` 语句时遇到 `break`,、`continue` 或 `return` 语句，则 `finally` 子句在执行 `break`、`continue` 或 `return` 语句之前执行。

- 如果 `finally` 子句中包含 `return` 语句，则返回值来自 `finally` 子句的某个 `return` 语句的返回值，而不是来自 `try` 子句的 `return` 语句的返回值。

例如：

    >>> def bool_return():
    ...     try:
    ...         return True
    ...     finally:
    ...         return False
    ...
    >>> bool_return()
    False

这是一个比较复杂的例子：

    >>> def divide(x, y):
    ...     try:
    ...         result = x / y
    ...     except ZeroDivisionError:
    ...         print("division by zero!")
    ...     else:
    ...         print("result is", result)
    ...     finally:
    ...         print("executing finally clause")
    ...
    >>> divide(2, 1)
    result is 2.0
    executing finally clause
    >>> divide(2, 0)
    division by zero!
    executing finally clause
    >>> divide("2", "1")
    executing finally clause
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
      File "<stdin>", line 3, in divide
    TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

如上所示，任何情况下都会执行 `finally` 子句。`except` 子句不处理两个字符串相除触发的 `TypeError`，因此会在 `finally` 子句执行后被重新触发。

在实际应用程序中，`finally` 子句对于释放外部资源（例如文件或者网络连接）非常有用，无论是否成功使用资源。

## 8.8. 预定义的清理操作

某些对象定义了不需要该对象时要执行的标准清理操作。无论使用该对象的操作是否成功，都会执行清理操作。比如，下例要打开一个文件，并输出文件内容：

    for line in open("myfile.txt"):
        print(line, end="")

这个代码的问题在于，执行完代码后，文件在一段不确定的时间内处于打开状态。在简单脚本中这没有问题，但对于较大的应用程序来说可能会出问题。`with` 语句支持以及时、正确的清理的方式使用文件对象：

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

语句执行完毕后，即使在处理行时遇到问题，都会关闭文件 f。和文件一样，支持预定义清理操作的对象会在文档中指出这一点。

## 8.9. 引发和处理多个不相关的异常

在有些情况下，有必要报告几个已经发生的异常。这通常是在并发框架中当几个任务并行失败时的情况，但也有其他的用例，有时需要是继续执行并收集多个错误而不是引发第一个异常。

内置的 `ExceptionGroup` 打包了一个异常实例的列表，这样它们就可以一起被引发。它本身就是一个异常，所以它可以像其他异常一样被捕获。

    >>> def f():
    ...     excs = [OSError('error 1'), SystemError('error 2')]
    ...     raise ExceptionGroup('there were problems', excs)
    ...
    >>> f()
      + Exception Group Traceback (most recent call last):
      |   File "<stdin>", line 1, in <module>
      |   File "<stdin>", line 3, in f
      | ExceptionGroup: there were problems
      +-+---------------- 1 ----------------
        | OSError: error 1
        +---------------- 2 ----------------
        | SystemError: error 2
        +------------------------------------
    >>> try:
    ...     f()
    ... except Exception as e:
    ...     print(f'caught {type(e)}: e')
    ...
    caught <class 'ExceptionGroup'>: e
    >>>

通过使用 `except*` 代替 `except` ，我们可以有选择地只处理组中符合某种类型的异常。在下面的例子中，显示了一个嵌套的异常组，每个 `except*` 子句都从组中提取了某种类型的异常，而让所有其他的异常传播到其他子句，并最终被重新引发。

    >>> def f():
    ...     raise ExceptionGroup(
    ...         "group1",
    ...         [
    ...             OSError(1),
    ...             SystemError(2),
    ...             ExceptionGroup(
    ...                 "group2",
    ...                 [
    ...                     OSError(3),
    ...                     RecursionError(4)
    ...                 ]
    ...             )
    ...         ]
    ...     )
    ...
    >>> try:
    ...     f()
    ... except* OSError as e:
    ...     print("There were OSErrors")
    ... except* SystemError as e:
    ...     print("There were SystemErrors")
    ...
    There were OSErrors
    There were SystemErrors
      + Exception Group Traceback (most recent call last):
      |   File "<stdin>", line 2, in <module>
      |   File "<stdin>", line 2, in f
      | ExceptionGroup: group1
      +-+---------------- 1 ----------------
        | ExceptionGroup: group2
        +-+---------------- 1 ----------------
          | RecursionError: 4
          +------------------------------------
    >>>

注意，嵌套在一个异常组中的异常必须是实例，而不是类型。这是因为在实践中，这些异常通常是那些已经被程序提出并捕获的异常，其模式如下:

    >>> excs = []
    ... for test in tests:
    ...     try:
    ...         test.run()
    ...     except Exception as e:
    ...         excs.append(e)
    ...
    >>> if excs:
    ...    raise ExceptionGroup("Test Failures", excs)
    ...

## 8.10. 用注释细化异常情况

当一个异常被创建以引发时，它通常被初始化为描述所发生错误的信息。在有些情况下，在异常被捕获后添加信息是很有用的。为了这个目的，异常有一个 `add_note(note)` 方法接受一个字符串，并将其添加到异常的注释列表。标准的回溯在异常之后按照它们被添加的顺序呈现包括所有的注释。

    >>> try:
    ...     raise TypeError('bad type')
    ... except Exception as e:
    ...     e.add_note('Add some information')
    ...     e.add_note('Add some more information')
    ...     raise
    ...
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 2, in <module>
    TypeError: bad type
    Add some information
    Add some more information
    >>>

例如，当把异常收集到一个异常组时，我们可能想为各个错误添加上下文信息。在下文中，组中的每个异常都有一个说明，指出这个错误是什么时候发生的。

    >>> def f():
    ...     raise OSError('operation failed')
    ...
    >>> excs = []
    >>> for i in range(3):
    ...     try:
    ...         f()
    ...     except Exception as e:
    ...         e.add_note(f'Happened in Iteration {i+1}')
    ...         excs.append(e)
    ...
    >>> raise ExceptionGroup('We have some problems', excs)
      + Exception Group Traceback (most recent call last):
      |   File "<stdin>", line 1, in <module>
      | ExceptionGroup: We have some problems (3 sub-exceptions)
      +-+---------------- 1 ----------------
        | Traceback (most recent call last):
        |   File "<stdin>", line 3, in <module>
        |   File "<stdin>", line 2, in f
        | OSError: operation failed
        | Happened in Iteration 1
        +---------------- 2 ----------------
        | Traceback (most recent call last):
        |   File "<stdin>", line 3, in <module>
        |   File "<stdin>", line 2, in f
        | OSError: operation failed
        | Happened in Iteration 2
        +---------------- 3 ----------------
        | Traceback (most recent call last):
        |   File "<stdin>", line 3, in <module>
        |   File "<stdin>", line 2, in f
        | OSError: operation failed
        | Happened in Iteration 3
        +------------------------------------
    >>>