Python异常处理详解：概念、语法与实践

1. 异常的概念

在Python中，异常（Exception）是程序运行时出现的错误或不正常情况。异常通常表示程序在运行时遇到了无法继续执行的条件。Python通过 try/except 语句来捕获和处理异常。

异常可以分为两类：

• 内建异常：Python提供了一些内建的异常类，表示常见的错误情况，比如 IndexError、TypeError、ValueError 等。
• 自定义异常：开发者可以自定义异常类型来表示特定的错误或问题。

2. 常见的内建异常

Python中有很多内建异常类，每种异常类表示不同的错误类型。以下是一些常见的内建异常：

• SyntaxError：语法错误，表示代码语法不正确。
• TypeError：类型错误，表示操作或函数应用于错误类型的对象。
• ValueError：值错误，表示传递给函数的参数的值不合适。
• IndexError：索引错误，表示访问的索引超出了范围。
• KeyError：键错误，表示在字典中访问一个不存在的键。
• AttributeError：属性错误，表示访问对象不存在的属性。
• ZeroDivisionError：除零错误，表示除法操作中的除数为零。
• FileNotFoundError：文件未找到错误，表示操作文件时找不到指定的文件。
• Exception：所有异常的基类，捕获其它未处理的异常时，通常使用 Exception。

3. 异常处理的基本语法

Python使用 try 和 except 块来捕获和处理异常：

try:# 可能会引发异常的代码result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:# 处理异常的代码print(f"错误: {e}")

• try：用于包裹可能引发异常的代码块。
• except：用于捕获和处理异常。如果 try 代码块中的某些代码引发了异常，程序会跳转到相应的 except 块执行。
• as：用于给捕获到的异常实例命名，可以在 except 块中使用该实例进行进一步处理。

4. 多个异常的处理

你可以在同一个 try 块中捕获多种不同类型的异常：

try:x = int(input("请输入一个数字: "))result = 10 / x
except ValueError:print("输入的不是有效的数字")
except ZeroDivisionError:print("不能除以零")
except Exception as e:print(f"发生了其他错误: {e}")

• 在 try 代码块中，如果出现多个异常，它们会按照 except 块的顺序进行匹配。
• 如果异常不在匹配的范围内，会触发 Exception 类捕获，Exception可以捕获所有异常，因为所有的异常都是Exception的子类。 

5. else 和 finally

Python的异常处理语句还支持 else 和 finally 代码块：

• else：如果 try 代码块没有引发任何异常，else 代码块会被执行。
• finally：无论是否发生异常，finally 代码块中的内容都会被执行，通常用于清理资源，如关闭文件或数据库连接。

try:result = 10 / 2
except ZeroDivisionError:print("不能除以零")
else:print("计算成功，结果是:", result)
finally:print("清理操作，始终执行")

• else 语句块中的代码只有在 try 代码块没有引发异常时才会执行。
• finally 语句块中的代码无论如何都会执行，适合进行资源的释放、日志记录等操作。

6. 抛出异常（raise）

除捕获异常，Python还允许你显式地抛出异常。你可以使用 raise 语句来抛出异常，并且可以选择抛出特定类型的异常：了

def check_age(age):if age < 0:raise ValueError("年龄不能为负")return agetry:check_age(-5)
except ValueError as e:print(e)

• raise 语句用于抛出异常。你可以在抛出异常时传递一个错误消息（如 ValueError("年龄不能为负")），并且可以自定义错误类型。在except语句中可以直接使用raise重新抛出该异常，让上一层函数处理。

  def function(value):try:return int(value)  # 尝试将值转换为整数except ValueError as e:# 如果发生 ValueError 异常，执行此处print(f"function_c: 捕获到 ValueError: {e}")raise  # 重新抛出异常，以便向上传递

• 你还可以抛出现有的异常类，也可以自定义异常类。

7. 自定义异常

你可以创建自己的异常类，继承自 Exception 类，来表示特定的错误类型。通常情况下，异常类会有一个 __init__ 方法来接收错误信息或其他有用的参数。

class MyCustomError(Exception):"""自定义异常类"""def __init__(self, message, code):super().__init__(message)self.code = codedef my_function(value):if value < 0:raise MyCustomError("值不能为负数！", 1001)try:my_function(-10)
except MyCustomError as e:print(f"捕获到自定义异常：{e}, 错误代码：{e.code}")

8. ExceptionGroup（Python 3.11 及之后）

Python 3.11 引入了 ExceptionGroup，这是一个新的异常类型，允许你将多个异常组合在一起。在处理并发任务或多任务环境时，多个异常可能同时发生，此时可以将这些异常组织到ExceptionGroup 中，便于统一处理。

def f():raise ExceptionGroup("Multiple errors occurred",[ValueError("Invalid value"), KeyError("Missing key")],)try:f()
except ExceptionGroup as e:print(f"捕获到异常组: {e}")

9. 异常的传递

异常的传播遵循以下过程：

1. 异常抛出：当程序执行过程中发生错误时，Python 会抛出一个异常。例如，试图将一个字符串转换为整数时，Python 会抛出 ValueError。
2. 异常传播：抛出的异常会沿着调用栈（即函数调用的路径）传播，寻找合适的 except 块来捕获它。如果当前函数没有捕获该异常，异常会继续向上传递到调用该函数的地方。
3. 捕获异常：一旦异常找到合适的 except 块，程序就会跳转到这个 except 块，执行其中的处理代码。异常传递过程会停止，程序还能正常继续运行剩余内容。
4. 未捕获异常：如果异常没有在任何 except 块中被捕获，它会继续向上传递，直到程序的顶层。如果在顶层没有合适的异常处理代码，程序会终止并显示异常信息。

例子： 

--- 测试用例 1：正常情况 ---
function_b: function_c 返回结果: 123
function_a: function_b 返回结果: 246--- 测试用例 2：function_c 抛出 ValueError，function_b 捕获并处理 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'
function_b: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'，进行特殊处理
function_a: function_b 返回结果: -1--- 测试用例 3：function_c 抛出 ValueError，function_b 没有捕获，function_a 捕获 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'xyz'
function_a_catch_all: 捕获到其他异常：ValueError invalid literal for int() with base 10: 'xyz'--- 测试用例 4：function_c 抛出 ValueError，所有函数都没有捕获 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'error'
Traceback (most recent call last):File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>
Traceback (most recent call last):File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>function_a_no_catch("error") # ValueError 没有被捕获，程序终止^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^function_a_no_catch("error") # ValueError 没有被捕获，程序终止^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 60, in function_a_no_catchfinal_result = function_b_no_catch_2(item)^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 57, in function_b_no_catch_2return function_c(data)^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 7, in function_craise e  # 重新抛出异常，让上一层函数处理^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 4, in function_creturn int(value)^^^^^^^^^^
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'error'

测试用例1：正常情况

--- 测试用例 1：正常情况 ---
function_b: function_c 返回结果: 123
function_a: function_b 返回结果: 246

function_c 成功将 "123" 转换为整数，结果逐层返回，没有异常发生。

测试用例 2：function_c 抛出 ValueError，function_b 捕获并处理

--- 测试用例 2：function_c 抛出 ValueError，function_b 捕获并处理 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'
function_b: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'，进行特殊处理
function_a: function_b 返回结果: -1

function_c 无法将 "abc" 转换为整数，抛出 ValueError。function_b 捕获了这个异常，进行了特殊处理（返回 -1），异常传播停止。

测试用例 3：function_c 抛出 ValueError，function_b 没有捕获，function_a 捕获

--- 测试用例 3：function_c 抛出 ValueError，function_b 没有捕获，function_a 捕获 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'xyz'
function_a_catch_all: 捕获到其他异常：ValueError invalid literal for int() with base 10: 'xyz'

function_c 抛出 ValueError，function_b_no_catch 没有捕获，异常继续向上传播到 function_a_catch_all，由于function_a_catch_all 使用了except Exception 捕获了所有类型的异常，所以异常在这里被处理了。

测试用例 4：function_c 抛出 ValueError，所有函数都没有捕获

--- 测试用例 4：function_c 抛出 ValueError，所有函数都没有捕获 ---
function_c: 捕获到 ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'error'
Traceback (most recent call last):File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>
Traceback (most recent call last):File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 63, in <module>function_a_no_catch("error") # ValueError 没有被捕获，程序终止^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^function_a_no_catch("error") # ValueError 没有被捕获，程序终止^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 60, in function_a_no_catchfinal_result = function_b_no_catch_2(item)^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 57, in function_b_no_catch_2return function_c(data)^^^^^^^^^^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 7, in function_craise e  # 重新抛出异常，让上一层函数处理^^^^^^^File "g:\python_tutorial-master\progarm\ex.py", line 4, in function_creturn int(value)^^^^^^^^^^
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'error'

function_c 抛出 ValueError，所有函数都没有捕获，异常最终传播到程序顶层，导致程序终止并打印错误信息。