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Python 錯誤處理

阿新 • • 發佈：2019-02-17

錯誤處理

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。在作業系統提供的呼叫中，返回錯誤碼非常常見。比如開啟檔案的函式open()，成功時返回檔案描述符（就是一個整數），出錯時返回-1。

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：

def foo():
    r = some_function()
    if r==(-1):
        return (-1)
    # do something
    return r

def
 
 bar():
    r = foo()
    if r==(-1):
        print('Error')
    else:
        pass

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（比如，給使用者輸出一個錯誤資訊）。

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。

try

讓我們用一個例子來看看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。

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。

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如果有，則一定會被執行（可以沒有finally語句）。

你還可以猜測，錯誤應該有很多種類，如果發生了不同型別的錯誤，應該由不同的except語句塊處理。沒錯，可以有多個except來捕獲不同型別的錯誤：

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，所以我們用一個except捕獲ValueError，用另一個except捕獲ZeroDivisionError。

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')

Python的錯誤其實也是class，所有的錯誤型別都繼承自BaseException，所以在使用except時需要注意的是，它不但捕獲該型別的錯誤，還把其子類也“一網打盡”。比如：

try:
    foo()
except ValueError as e:
    print('ValueError')
except UnicodeError as e:
    print('UnicodeError')

第二個except永遠也捕獲不到UnicodeError，因為UnicodeError是ValueError的子類，如果有，也被第一個except給捕獲了

Python所有的錯誤都是從BaseException類派生的，常見的錯誤型別和繼承關係看這裡：

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foo()，foo()呼叫bar()，結果bar()出錯了，這時，只要main()捕獲到了，就可以處理：

def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    try:
        bar('0')
    except Exception as e:
        print('Error:', e)
    finally:
        print('finally...')

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。

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。來看看err.py：

# err.py:
def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    bar('0')

main()

執行，結果如下：

$ python3 err.py
Traceback (most recent call last):
  File "err.py", line 11, in <module>
    main()
  File "err.py", line 9, in main
    bar('0')
  File "err.py", line 6, in bar
    return foo(s) * 2
  File "err.py", line 3, in foo
    return 10 / int(s)
ZeroDivisionError: division by zero

出錯並不可怕，可怕的是不知道哪裡出錯了。解讀錯誤資訊是定位錯誤的關鍵。我們從上往下可以看到整個錯誤的呼叫函式鏈：

錯誤資訊第1行：

Traceback (most recent call last):

告訴我們這是錯誤的跟蹤資訊。

第2~3行：

File "err.py", line 11, in <module>
    main()
呼叫`main()`出錯了，在程式碼檔案`err.py`的第11行程式碼，但原因是第9行：
File "err.py", line 9, in main
    bar('0')

呼叫bar('0')出錯了，在程式碼檔案err.py的第9行程式碼，但原因是第6行：

File "err.py", line 6, in bar
    return foo(s) * 2

原因是return foo(s) * 2這個語句出錯了，但這還不是最終原因，繼續往下看：

File "err.py", line 3, in foo
    return 10 / int(s)

原因是return 10 / int(s)這個語句出錯了，這是錯誤產生的源頭，因為下面列印了：

ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

根據錯誤型別ZeroDivisionError，我們判斷，int(s)本身並沒有出錯，但是int(s)返回0，在計算10 / 0時出錯，至此，找到錯誤源頭。

出錯的時候，一定要分析錯誤的呼叫棧資訊，才能定位錯誤的位置。

這裡寫圖片描述

記錄錯誤

如果不捕獲錯誤，自然可以讓Python直譯器來打印出錯誤堆疊，但程式也被結束了。既然我們能捕獲錯誤，就可以把錯誤堆疊打印出來，然後分析錯誤原因，同時，讓程式繼續執行下去。

Python內建的logging模組可以非常容易地記錄錯誤資訊：

# err_logging.py

import logging

def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    try:
        bar('0')
    except Exception as e:
        logging.exception(e)

main()
print('END')

同樣是出錯，但程式列印完錯誤資訊後會繼續執行，並正常退出：

$ python3 err_logging.py
ERROR:root:division by zero
Traceback (most recent call last):
  File "err_logging.py", line 13, in main
    bar('0')
  File "err_logging.py", line 9, in bar
    return foo(s) * 2
  File "err_logging.py", line 6, in foo
    return 10 / int(s)
ZeroDivisionError: division by zero
END

通過配置，logging還可以把錯誤記錄到日誌檔案裡，方便事後排查。

丟擲錯誤

因為錯誤是class，捕獲一個錯誤就是捕獲到該class的一個例項。因此，錯誤並不是憑空產生的，而是有意建立並丟擲的。Python的內建函式會丟擲很多型別的錯誤，我們自己編寫的函式也可以丟擲錯誤。

如果要丟擲錯誤，首先根據需要，可以定義一個錯誤的class，選擇好繼承關係，然後，用raise語句丟擲一個錯誤的例項：

# err_raise.py
class FooError(ValueError):
    pass

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise FooError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

foo('0')

執行，可以最後跟蹤到我們自己定義的錯誤：

$ python3 err_raise.py 
Traceback (most recent call last):
  File "err_throw.py", line 11, in <module>
    foo('0')
  File "err_throw.py", line 8, in foo
    raise FooError('invalid value: %s' % s)
__main__.FooError: invalid value: 0

只有在必要的時候才定義我們自己的錯誤型別。如果可以選擇Python已有的內建的錯誤型別（比如ValueError，TypeError），儘量使用Python內建的錯誤型別。

最後，我們來看另一種錯誤處理的方式：

# err_reraise.py

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise ValueError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

def bar():
    try:
        foo('0')
    except ValueError as e:
        print('ValueError!')
        raise

bar()

在bar()函式中，我們明明已經捕獲了錯誤，但是，列印一個ValueError!後，又把錯誤通過raise語句丟擲去了，這不有病麼？

其實這種錯誤處理方式不但沒病，而且相當常見。捕獲錯誤目的只是記錄一下，便於後續追蹤。但是，由於當前函式不知道應該怎麼處理該錯誤，所以，最恰當的方式是繼續往上拋，讓頂層呼叫者去處理。好比一個員工處理不了一個問題時，就把問題拋給他的老闆，如果他的老闆也處理不了，就一直往上拋，最終會拋給CEO去處理。

raise語句如果不帶引數，就會把當前錯誤原樣丟擲。此外，在except中raise一個Error，還可以把一種型別的錯誤轉化成另一種型別：

try:
    10 / 0
except ZeroDivisionError:
    raise ValueError('input error!')

只要是合理的轉換邏輯就可以，但是，決不應該把一個IOError轉換成毫不相干的ValueError。

參考原始碼

do_try.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

try:
    print('try...')
    r = 10 / 0
    print('result:', r)
except ZeroDivisionError as e:
    print('except:', e)
finally:
    print('finally...')
print('END')

err.py

# err.py
def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    bar('0')

main()

err_logging.py

# err_logging.py

import logging

def foo(s):
    return 10 / int(s)

def bar(s):
    return foo(s) * 2

def main():
    try:
        bar('0')
    except Exception as e:
        logging.exception(e)

main()
print('END')

err_raise.py

# err_raise.py
class FooError(ValueError):
    pass

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise FooError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

foo('0')

err_reraise.py

# err_reraise.py

def foo(s):
    n = int(s)
    if n==0:
        raise ValueError('invalid value: %s' % s)
    return 10 / n

def bar():
    try:
        foo('0')
    except ValueError as e:
        print('ValueError!')
        raise

bar()

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