Python3 錯誤與異常

身為Python初學者，在剛學習Python程式設計時，常常會看到一些報錯訊息，在前面我們沒有提及，這章節我們會專門介紹。

Python有兩種錯誤很容易辨認：語法錯誤和異常。

語法錯誤

Python 的語法錯誤或稱為解析錯，是初學者經常碰到的，如下實例

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

這個例子中，函數print()被檢查到有錯誤，是它前面缺少了一個冒號（:）。

語法分析器指出了出錯的一行，並且在最先找到的錯誤的位置標記了一個小小的箭頭。

異常

即使Python程式的語法是正確的，在執行它的時候，也有可能發生錯誤。運行期偵測到的錯誤稱為異常。

大多數的異常都不會被程式處理，都以錯誤訊息的形式展現在這裡:

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

異常以不同的類型出現，這些類型都作為訊息的一部分打印出來: 範例中的類型有ZeroDivisionError，NameError 和TypeError。

錯誤訊息的前面部分顯示了異常發生的上下文，並以呼叫堆疊的形式顯示具體資訊。

異常處理

在以下範例中，讓使用者輸入一個合法的整數，但允許使用者中斷這個程式（使用 Control-C 或作業系統提供的方法）。使用者中斷的資訊會引發一個 KeyboardInterrupt 異常。

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

try語句依照下列方式運作；

首先，執行try子句（在關鍵字try和關鍵字except之間的語句）
如果沒有異常發生，忽略except子句，try子句執行後結束。
如果在執行try子句的過程中發生了異常，那麼try子句餘下的部分將被忽略。如果異常的類型和 except 之後的名稱相符，那麼對應的except子句將會被執行。最後執行 try 語句之後的程式碼。
如果一個異常沒有與任何的except匹配，那麼這個異常將會傳遞到上層的try中。

一個 try 語句可能包含多個except子句，分別來處理不同的特定的例外。最多只有一個分支會被執行。

處理程序將只針對對應的try子句中的例外進行處理，而不是其他的 try 的處理程序中的例外狀況。

一個except子句可以同時處理多個異常，這些異常會被放在一個括號裡成為一個元組，例如:

    except (RuntimeError, TypeError, NameError):
        pass

最後一個except子句可以忽略異常的名稱，它將被當作通配符使用。你可以使用這種方法列印一個錯誤訊息，然後再次把異常拋出。

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

try except 語句也有一個可選的else子句，如果使用這個子句，那麼必須放在所有的except子句之後。這個子句將在try子句沒有發生任何異常的時候執行。例如:

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()

使用 else 子句比把所有的語句都放在 try 子句裡面要好，這樣可以避免一些意想不到的、而except又沒有捕獲的異常。

異常處理並不僅僅處理那些直接發生在try子句中的異常，還能處理子句中呼叫的函數（甚至間接呼叫的函數）裡拋出的異常。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: int division or modulo by zero

拋出例外

Python 使用 raise 語句拋出一個指定的例外。例如:

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

raise 唯一的一個參數指定了要被拋出的例外。它必須是一個異常的實例或是異常的類別（也就是 Exception 的子類別）。

如果你只想知道這是否拋出了一個異常，並不想去處理它，那麼一個簡單的 raise 語句就可以再次把它拋出。

>>> 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 ?
NameError: HiThere

使用者自訂例外

你可以透過建立一個新的exception類別來擁有自己的例外。異常應該繼承自 Exception 類，或直接繼承，或間接繼承，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)
   
My exception occurred, value: 4
>>> raise MyError('oops!')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
__main__.MyError: 'oops!'

在這個例子中，類別 Exception 預設的 __init__() 被覆寫。

<p異常的類別可以像其他的類別一樣做任何事情，但是通常都會比較簡單，只提供一些錯誤相關的屬性，並且允許處理異常的程式碼方便的獲取這些資訊。 < p="">

當創建一個模組有可能拋出多種不同的異常時，一種通常的做法是為這個包建立一個基礎異常類，然後基於這個基礎類為不同的錯誤情況創建不同的子類別:

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

大多數的異常的名字都以"Error"結尾，就跟標準的異常命名一樣。

定義清理行為

try 語句還有另一個可選的子句，它定義了無論在任何情況下都會執行的清理行為。例如:

>>> try:
        raise KeyboardInterrupt
	finally:
        print('Goodbye, world!')
   
Goodbye, world!
KeyboardInterrupt

以上例子不管try子句裡面有沒有發生異常，finally子句都會執行。

如果一個異常在try 子句裡（或在except 和else 子句裡）被拋出，而又沒有任何的except 把它截住，那麼這個異常會在finally 子句執行後再次被拋出。

下面是一個更複雜的範例（在同一個try 語句裡包含except 和finally 子句）:

>>> 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 ?
  File "<stdin>", line 3, in divide
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

預先定義的清理行為

一些物件定義了標準的清理行為，無論系統是否成功的使用了它，一旦不需要它了，那麼這個標準的清理行為就會執行。

這面這個範例展示了嘗試打開一個文件，然後把內容印到螢幕上:

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

以上這段程式碼的問題是，當執行完畢後，文件會保持開啟狀態，並沒有被關閉。

關鍵字with 語句就可以保證諸如文件之類的物件在使用完之後一定會正確的執行他的清理方法:

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

以上這段程式碼執行完畢後，就算在處理過程中出問題了，檔案f 總是會關閉。