Python异常处理核心精髓：《The Quick Python Book》第三版精要


# 摘要
本文旨在为Python程序员提供从初学者到高级用户的异常处理全面指南。首先介绍了Python异常处理的基本概念，包括错误与异常的区别及Python异常的类别。随后深入探讨异常的捕获与处理机制，包括try-except语句的工作原理、多个except语句的匹配规则以及处理异常的常见模式。文章还展示了如何在实际应用中，如文件和资源管理、网络编程、多线程与并发编程等场景中处理异常。最后，高级技巧章节讨论了异常与日志记录、测试的最佳实践，以及设计高效异常处理策略的考虑因素。通过本文，读者将能够更系统地理解和应用Python的异常处理机制，从而编写更健壮、可维护的代码。

# 关键字
Python；异常处理；错误与异常；try-except；并发编程；异常策略

参考资源链接：[GeoGebra使用手册：数值与角度操作指南](https://wenku.csdn.net/doc/22hsa16uyn?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Python异常处理入门

在本章中，我们将对Python异常处理进行初步的探索。异常处理是编程中不可或缺的技能，它能够帮助我们处理运行时错误，确保程序的健壮性和用户体验。我们将从异常的基本概念讲起，让读者了解什么是异常，异常在程序中如何被触发，以及异常处理的基本结构try-except语句。

## 异常的定义和目的

异常是程序运行时发生的不正常情况。在Python中，当发生错误时，会抛出异常，这通常会中断程序的正常执行流程。异常处理允许我们编写代码来捕获这些异常，进行适当的错误处理，并让程序有机会继续运行。

## 异常处理的基本结构

Python中处理异常的主要方式是使用try-except语句。通过这个结构，我们可以尝试执行可能会引发异常的代码块，并提供一个或多个except块来捕获和处理异常。这种方式可以防止异常导致程序立即崩溃，而是给出更友好的错误信息或进行必要的资源清理。

try:
    risky_operation()  # 可能引发异常的代码
except SomeException as e:
    handle_exception(e)  # 处理捕获到的异常

在上述代码中，`risky_operation()`代表可能引发异常的操作，`SomeException`是我们期望捕获的特定异常类型，而`handle_exception()`是我们用来处理异常的函数。通过这样的结构，程序的健壮性得以提升，用户体验也更为友好。本章为后续深入理解和应用Python异常机制奠定了基础。

# 2. 深入理解Python异常机制

Python是一种高级编程语言，它内建了对异常处理的全面支持。异常是程序在运行时发生的错误，能够中断程序的正常流程。它们允许程序更加健壮，能够应对各种非预期情况，从而避免程序崩溃。

## 2.1 异常的基本概念

### 2.1.1 错误与异常的区别

在编程中，术语“错误”和“异常”经常被相互交替使用，但它们在Python中有着明显的区别。

**错误（Error）**是指那些在程序执行前就被检测到的语法错误或者编译时错误，比如拼写错误或者括号不匹配。它们阻止了程序的运行，因为解释器无法理解程序的意图。

**异常（Exception）**则是那些在程序运行时发生的事件，它们违反了程序的正常流程，可能是由于用户输入错误、外部环境变化或者无法预料的情况引起的。异常不阻止程序的继续执行，而是提供了异常处理的机制，使得程序能够在遇到错误时更加灵活地做出反应。

### 2.1.2 Python异常的类别

Python中所有的异常都是从`BaseException`类继承而来的。异常类根据它们的功能可以被分为几个主要的类别：

- **系统退出（SystemExit）**：用于指示程序应该正常退出。
- **键盘中断（KeyboardInterrupt）**：用户中断程序执行（通常是通过按Ctrl+C）。
- **异常（Exception）**：其它标准Python异常都继承自这个类。
- **IOError**：输入/输出操作失败。
- **TypeError**：不同类型之间的不正确操作。
- **ValueError**：给函数的参数赋予了合适的类型但是不合适的值。
- **AttributeError**：尝试访问未知的对象属性。
- 等等...

## 2.2 异常的捕获与处理

### 2.2.1 try-except语句的工作原理

Python通过`try-except`语句来处理异常，这允许程序捕获并响应异常。

try:
    # 尝试执行的代码块
    pass
except SomeException as e:
    # 如果try块中的代码出现异常，执行这里
    print(e)

`try`块内包含的是可能抛出异常的代码。如果代码块内没有任何异常被抛出，则`except`块会被跳过。如果`try`块内发生了异常，则异常对象会传递给`except`块，你可以在此处理异常。

### 2.2.2 多个except语句的匹配规则

当多个异常类型与一个`try`块相关联时，每个`except`子句会按它们出现的顺序进行匹配。一旦异常类型与`except`子句匹配成功，则执行该块内的代码，并忽略其余的`except`子句。

try:
    # 可能抛出不同异常的代码
    pass
except ValueError as e:
    # 处理ValueError
    pass
except TypeError as e:
    # 处理TypeError
    pass

在上面的例子中，如果异常是`ValueError`类型，那么它会匹配到第一个`except`块。之后即使它也与`TypeError`匹配，程序也不会执行第二个`except`块。

### 2.2.3 处理异常的常见模式

处理异常的一种常见模式是记录异常到日志文件，然后重新抛出异常，或者提供默认值。

try:
    # 可能抛出异常的代码
    pass
except Exception as e:
    logging.exception('Exception occurred')
    raise  # 重新抛出异常

## 2.3 异常的创建与抛出

### 2.3.1 如何定义自定义异常

定义自定义异常是扩展Python异常类并创建新的实例的过程。

class MyError(Exception):
    """定义一个自定义异常类"""

    def __init__(self, message="My error"):
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

try:
    raise MyError("An error occurred")
except MyError as e:
    print(e)

### 2.3.2 raise语句的使用

`raise`语句用于抛出异常。你可以抛出一个指定的异常实例，或者抛出由异常构造函数生成的异常。

raise MyError  # 抛出异常实例
raise MyError("An error occurred")  # 抛出带参数的异常实例

### 2.3.3 异常链与上下文信息

异常链的概念允许开发者将一个新的异常与之前的异常关联起来，这样就可以在新异常中保留对原始异常的引用。这对于错误追踪非常有用。

try:
    # 可能抛出异常的代码
    pass
except Exception as e:
    new_e = MyError("New error")
    new_e.__context__ = e