8. 错误和异常
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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
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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
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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't convert 'int' object to str implicitly

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。

错误信息的前一部分以堆栈回溯的形式显示发生异常时的上下文。通常它包含列
出源代码行的堆栈回溯；但是它不会显示从标准输入中读取的行。

内置异常 列出了内置异常及其含义。


8.3. 异常的处理
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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" 关键字后面的异常匹配，则执行 except 子句，然后，继续
  执行 "try" 语句之后的代码。

* 如果发生的异常不是 except 子句中列示的异常，则将其传递到外部的 "try"
  语句中；如果没有找到处理程序，则它是一个 *未处理异常*，语句执行将终
  止，并显示如上所示的消息。

"try" 语句可以有多个 except 子句，可为不同异常指定相应的处理程序。但最
多只会执行一个处理程序。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 子句可以用元组命名
多个异常，例如：

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

发生的异常与 "except" 子句中的类是同一个类或是它的基类时，异常与
except 子句中的类兼容（反之则不成立 --- 列出派生类的 except 子句与基类
不兼容）。例如，下面的代码依次输出 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")

注意，如果颠倒 except 子句的顺序（把 "except B" 放到第一个），则输出 B
，B，B --- 即触发第一个匹配的 except 子句。

最后的 except 子句可以省略异常名，以用作通配符。但应谨慎使用，这种方式
很容易掩盖真正的编程错误！它还可用于输出错误消息，然后重新触发异常（同
样允许调用者处理异常）：

   import sys

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

"try" ... "except" 语句支持可选的 *else 子句*，该子句必须放在所有
except 子句之后。如果 try 子句没有触发异常，但又必须执行一些代码时，这
个子句很有用。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。

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 子句可以在异常名称后面指定一个变量。这个变量和一个异常实例绑定
，它的参数存储在 "instance.args" 中。为了方便起见，异常实例定义了
"__str__()" ，因此可以直接打印参数而无需引用 ".args" 。也可以在抛出之
前首先实例化异常，并根据需要向其添加任何属性。:

   >>> try:
   ...     raise Exception('spam', 'eggs')
   ... except Exception as inst:
   ...     print(type(inst))    # the exception instance
   ...     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

如果异常有参数，则它们将作为未处理异常的消息的最后一部分（'详细信息'）
打印。

异常处理程序不仅处理 try 子句中遇到的异常，还处理 try 子句中调用（即使
是间接地）的函数内部发生的异常。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 "Exception" 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. 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。

异常类和其他类一样，可以执行任何操作。但通常会比较简单，只提供让处理异
常的程序提取错误信息的一些属性。创建能触发多个不同错误的模块时，一般只
为该模块定义异常基类，然后再根据不同的错误条件，创建指定异常类的子类：

   class Error(Exception):
       """Base class for exceptions in this module."""
       pass

   class InputError(Error):
       """Exception raised for errors in the input.

       Attributes:
           expression -- input expression in which the error occurred
           message -- explanation of the error
       """

       def __init__(self, expression, message):
           self.expression = expression
           self.message = message

   class TransitionError(Error):
       """Raised when an operation attempts a state transition that's not
       allowed.

       Attributes:
           previous -- state at beginning of transition
           next -- attempted new state
           message -- explanation of why the specific transition is not allowed
       """

       def __init__(self, previous, next, message):
           self.previous = previous
           self.next = next
           self.message = message

大多数异常命名都以 “Error” 结尾，类似标准异常的命名。

许多标准模块都需要自定义异常，以报告由其定义的函数中出现的错误。有关类
的说明，详见 类。


8.6. 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!
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 2, in <module>
   KeyboardInterrupt

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。


8.7. 预定义的清理操作
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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。
