Python3之錯誤和異常

作為Python初學者，在剛學習Python程式設計時，經常會看到一些報錯資訊，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 的語法錯誤或者稱之為解析錯，是初學者經常碰到的，如下例項

>>> while True print('Hello world')

  File "<stdin>", line 1, in ?

    while True print('Hello world')

                   ^

SyntaxError: invalid syntax

這個例子中，函式 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

即便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。執行期檢測到的錯誤被稱為異常。

大多數的異常都不會被程式處理，都以錯誤資訊的形式展現在這裡:

>>> 10 * (1/0)

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in ?

ZeroDivisionError: division by zero

錯誤處理

try機制

在程式執行的過程中，

如果發生了錯誤，可以事先約定返回一個錯誤程式碼，

這樣，就可以知道是否有錯，以及出錯的原因。

但是，用錯誤碼來表示是否出錯十分不便，

因為函式本身應該返回的正常結果和錯誤碼混在一起，

造成呼叫者必須用大量的程式碼來判斷是否出錯

一旦出錯，還要一級一級上報，

直到某個函式可以處理該錯誤，十分麻煩。

所以高階語言通常都內建了一套try...except...finally...

的錯誤處理機制，Python也不例外。

一個例子來看看try的機制：

try:

    print('try...')

    r = 10 / 0

    print('result:', r)

except ZeroDivisionError as e:

    print('except:', e)

finally:

    print('finally...')

print('END')

當我們認為某些程式碼可能會出錯時，

就可以用try來執行這段程式碼，

如果執行出錯，則後續程式碼不會繼續執行，

而是直接跳轉至錯誤處理程式碼，

即except語句塊，執行完except後，

如果有finally語句塊，則執行finally語句塊，

至此，執行完畢。

except語句塊

上面的程式碼在計算10 / 0時會產生一個除法運算錯誤：

try...

except: division by zero

finally...

END

從輸出可以看到，

當錯誤發生時，後續語句print('result:', r)不會被執行，

except由於捕獲到ZeroDivisionError，因此被執行。

最後，finally語句被執行。然後，程式繼續按照流程往下走。

finally語句塊

如果把除數0改成2，則執行結果如下：

try...

result: 5

finally...

END

由於沒有錯誤發生，所以except語句塊不會被執行，

但是finally如果存在，則一定會被執行。

多個except

通常，錯誤應該有很多種類，

針對不同型別的錯誤，應該由不同的except語句塊處理：

try:

    print('try...')

    r = 10 / int('a')

    print('result:', r)

except ValueError as e:

    print('ValueError:', e)

except ZeroDivisionError as e:

    print('ZeroDivisionError:', e)

finally:

    print('finally...')

print('END')

int()函式可能會丟擲ValueError，

所以用一個except捕獲ValueError，

用另一個except捕獲ZeroDivisionError。

else語句塊

此外，如果沒有錯誤發生，

可以在except語句塊後面加一個else，

當沒有錯誤發生時，會自動執行else語句：

try:

    print('try...')

    r = 10 / int('2')

    print('result:', r)

except ValueError as e:

    print('ValueError:', e)

except ZeroDivisionError as e:

    print('ZeroDivisionError:', e)

else:

    print('no error!')

finally:

    print('finally...')

print('END')

異常呼叫棧

如果錯誤沒有被捕獲，它就會一直往上拋，

最後被Python直譯器捕獲，列印一個錯誤資訊，然後程式退出。

使用try...except捕獲錯誤還有一個巨大的好處：

就是可以跨越多層呼叫，比如函式main()呼叫a()，a()呼叫b()，

結果b()出錯了，這時，只要main()捕獲到了，就可以處理。

也就是說，不需要在每個可能出錯的地方去捕獲錯誤，

只要在合適的層次去捕獲錯誤就可以了。

這樣一來，就大大減少了寫try...except...finally的麻煩。

除錯

程式能一次寫完並正常執行的概率很小，基本不超過1%。

總會有各種各樣的bug需要修正。

有的bug很簡單，看看錯誤資訊就知道，

有的bug很複雜，我們需要知道出錯時，哪些變數的值是正確的，

哪些變數的值是錯誤的，

因此，需要一整套除錯程式的手段來修復bug。

除錯方法之print

第一種方法簡單直接粗暴有效，

就是用print()把可能有問題的變數打印出來看看：

def foo(s):

    n = int(s)

    print('>>> n = %d' % n)

    return 10 / n

def main():

    foo('0')

main()

執行後在輸出中查詢列印的變數值：

用print()最大的壞處是將來還得刪掉它，

程式裡到處都是print()，

執行結果也會包含很多垃圾資訊。

除錯方法之assert

凡是用print()來輔助檢視的地方，

都可以用斷言（assert）來替代：

def foo(s):

    n = int(s)

    assert n != 0, 'n is zero!'

    return 10 / n

def main():

    foo('0')

assert的意思是，表示式n != 0應該是True，

否則，根據程式執行的邏輯，後面的程式碼肯定會出錯。

如果斷言失敗，assert語句本身就會丟擲AssertionError：

AssertionError: n is zero!

程式中如果到處充斥著assert，和print()相比也好不到哪去。

不過，啟動Python直譯器時可以用-O引數來關閉assert：

關閉後，你可以把所有的assert語句當成pass來看。

除錯方法之logging

把print()替換為logging是第3種方式，

和assert比，logging不會丟擲錯誤，而且可以輸出到檔案：

import logging

logging.basicConfig(level=logging.INFO)

s = '0'

n = int(s)

logging.info('n = %d' % n)

print(10 / n)

logging.info()就可以輸出一段文字。

它允許指定記錄資訊的級別，有debug，info，warning，error等幾個級別，

當我們指定level=INFO時，logging.debug就不起作用了。

同理，指定level=WARNING後，debug和info就不起作用了。

這樣一來，可以放心地輸出不同級別的資訊，也不用刪除

。

pdb

第4種方式是啟動Python的偵錯程式pdb，

讓程式以單步方式執行，可以隨時檢視執行狀態。

我們先準備好程式：

# err.py

s = '0'

n = int(s)

print(10 / n)

然後啟動：

$ python -m pdb err.py

> /Users/michael/Github/learn-python3/samples/debug/err.py(2)<module>()

-> s = '0'

以引數-m pdb啟動後，pdb定位到下一步要執行的程式碼-> s = '0'。

輸入命令l（小寫字母l，不是數字1）來檢視程式碼：

(Pdb) l

  1     # err.py

  2  -> s = '0'

  3     n = int(s)

  4     print(10 / n)

輸入命令n可以單步執行程式碼：

(Pdb) n

> /Users/michael/Github/learn-python3/samples/debug/err.py(3)<module>()

-> n = int(s)

(Pdb) n

> /Users/michael/Github/learn-python3/samples/debug/err.py(4)<module>()

-> print(10 / n)

任何時候都可以輸入命令p 變數名來檢視變數：

(Pdb) p s

'0'

(Pdb) p n

0

輸入命令q結束除錯，退出程式：

(Pdb) q

這種通過pdb在命令列除錯的方法理論上是萬能的，但實在是太麻煩了，如果有一千行程式碼，要執行到第999行得敲多少命令啊。。

IDE

如果要比較爽地設定斷點、單步執行，

就需要一個支援除錯功能的IDE。

目前比較好的Python IDE有：

1. Eclipse + PyDev外掛
2. PyCharm

PyCharm除錯如下：

第一步，設定斷點

第二步，F8單步執行，或F9單步跳過