8. 錯誤和異常¶
到目前為止，錯誤訊息只是被提及，但如果你嘗試過這些示例，你可能已經看到了一些。 錯誤（至少）有兩種明顯的型別：語法錯誤和異常。
8.1. 語法錯誤¶
語法錯誤，也稱為解析錯誤，可能是你學習 Python 時最常見的抱怨
>>> while True print('Hello world')
File "<stdin>", line 1
while True print('Hello world')
^^^^^
SyntaxError: invalid syntax
解析器重複出錯的行，並顯示小箭頭，指向在該行中檢測到錯誤的標記。 該錯誤可能是由指示的標記之前缺少標記引起的。 在示例中，錯誤是在函式 print() 處檢測到的，因為它之前缺少冒號 (':')。 列印檔名和行號，以便你知道在輸入來自指令碼時應該在哪裡查詢。
8.2. 異常¶
即使語句或表示式在語法上正確，嘗試執行它時也可能會導致錯誤。 執行期間檢測到的錯誤稱為異常，並且不是無條件致命的：你將很快學習如何在 Python 程式中處理它們。 但是，大多數異常不會被程式處理，並且會導致此處所示的錯誤訊息
>>> 10 * (1/0)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
10 * (1/0)
~^~
ZeroDivisionError: division by zero
>>> 4 + spam*3
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
4 + spam*3
^^^^
NameError: name 'spam' is not defined
>>> '2' + 2
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
'2' + 2
~~~~^~~
TypeError: can only concatenate str (not "int") to str
錯誤訊息的最後一行指示發生了什麼。 異常有不同的型別，並且型別作為訊息的一部分列印：示例中的型別是 ZeroDivisionError、 NameError 和 TypeError。 作為異常型別列印的字串是發生的內建異常的名稱。 這對於所有內建異常都是如此，但對於使用者定義的異常可能不適用（儘管這是一個有用的約定）。 標準異常名稱是內建識別符號（而不是保留關鍵字）。
該行的其餘部分根據異常的型別和導致異常的原因提供了詳細資訊。
錯誤訊息的前面部分以堆疊回溯的形式顯示異常發生的上下文。 通常，它包含列出原始碼行的堆疊回溯； 但是，它不會顯示從標準輸入讀取的行。
內建異常 列出了內建異常及其含義。
8.3. 處理異常¶
可以編寫處理選定異常的程式。 看一下下面的示例，該示例要求使用者輸入直到輸入有效的整數，但允許使用者中斷程式（使用 Control-C 或作業系統支援的任何內容）； 請注意，使用者生成的中斷透過引發 KeyboardInterrupt 異常來發出訊號。
>>> while True:
... try:
... x = int(input("Please enter a number: "))
... break
... except ValueError:
... print("Oops! That was no valid number. Try again...")
...
try 語句的工作方式如下。
如果未發生異常，則跳過 except 子句，並且
try語句的執行完成。如果在執行
try子句期間發生異常，則跳過該子句的其餘部分。 然後，如果其型別與except關鍵字後命名的異常匹配，則執行 except 子句，然後在 try/except 塊之後繼續執行。如果發生的異常與 except 子句中命名的異常不匹配，則將其傳遞給外部
try語句； 如果找不到處理程式，則它是一個未處理的異常，並且執行會停止並顯示錯誤訊息。
try 語句可以有多個 except 子句，以指定不同異常的處理程式。 最多執行一個處理程式。 處理程式僅處理在相應的 try 子句中發生的異常，而不處理同一 try 語句中的其他處理程式。 except 子句可以將多個異常命名為帶括號的元組，例如
... except (RuntimeError, TypeError, NameError):
... pass
except 子句中的類匹配作為該類本身或其派生類之一的例項的異常（但反之亦然——列出派生類的 except 子句不匹配其基類的例項）。 例如，以下程式碼將按順序列印 B、C、D
class B(Exception):
pass
class C(B):
pass
class D(C):
pass
for cls in [B, C, D]:
try:
raise cls()
except D:
print("D")
except C:
print("C")
except B:
print("B")
請注意，如果 except 子句被反轉（首先是 except B），它將列印 B、B、B——第一個匹配的 except 子句被觸發。
當發生異常時，它可能具有關聯的值，也稱為異常的引數。 引數的存在和型別取決於異常型別。
except 子句可以在異常名稱後指定一個變數。 該變數繫結到通常具有儲存引數的 args 屬性的異常例項。 為了方便起見，內建異常型別定義 __str__() 以列印所有引數，而無需顯式訪問 .args。
>>> try:
... raise Exception('spam', 'eggs')
... except Exception as inst:
... print(type(inst)) # the exception type
... print(inst.args) # arguments stored in .args
... print(inst) # __str__ allows args to be printed directly,
... # but may be overridden in exception subclasses
... x, y = inst.args # unpack args
... print('x =', x)
... print('y =', y)
...
<class 'Exception'>
('spam', 'eggs')
('spam', 'eggs')
x = spam
y = eggs
異常的 __str__() 輸出作為未處理異常的訊息的最後一部分（“詳細資訊”）列印。
BaseException 是所有異常的公共基類。 它的子類之一 Exception 是所有非致命異常的基類。 通常不處理不是 Exception 子類的異常，因為它們用於指示程式應終止。 它們包括 SystemExit，它由 sys.exit() 引發，以及 KeyboardInterrupt，當用戶希望中斷程式時引發。
Exception 可以用作捕獲（幾乎）所有內容的萬用字元。 但是，最佳做法是儘可能具體地說明我們打算處理的異常型別，並允許任何意外的異常繼續傳播。
處理 Exception 的最常見模式是列印或記錄異常，然後重新引發它（允許呼叫者也處理該異常）
import sys
try:
f = open('myfile.txt')
s = f.readline()
i = int(s.strip())
except OSError as err:
print("OS error:", err)
except ValueError:
print("Could not convert data to an integer.")
except Exception as err:
print(f"Unexpected {err=}, {type(err)=}")
raise
try … except 語句有一個可選的 else 子句，該子句如果存在，則必須位於所有 except 子句之後。 它對於如果 try 子句未引發異常時必須執行的程式碼很有用。 例如
for arg in sys.argv[1:]:
try:
f = open(arg, 'r')
except OSError:
print('cannot open', arg)
else:
print(arg, 'has', len(f.readlines()), 'lines')
f.close()
使用 else 子句比將額外的程式碼新增到 try 子句更好，因為它避免了意外捕獲未被 try ... except 語句保護的程式碼引發的異常。
異常處理程式不僅處理立即在 try 子句中發生的異常，還處理在 try 子句中呼叫（甚至間接呼叫）的函式內部發生的異常。 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: division by zero
8.4. 丟擲異常¶
raise 語句允許程式設計師強制發生指定的異常。 例如
>>> raise NameError('HiThere')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
raise NameError('HiThere')
NameError: HiThere
raise 的唯一引數表示要引發的異常。這必須是異常例項或異常類（派生自 BaseException 的類，例如 Exception 或其子類之一）。如果傳遞的是異常類，它將透過呼叫其不帶引數的建構函式來隱式例項化。
raise ValueError # shorthand for 'raise ValueError()'
如果您需要確定是否引發了異常，但不打算處理它，則可以使用 raise 語句的更簡單形式來重新引發異常。
>>> 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 <module>
raise NameError('HiThere')
NameError: HiThere
8.5. 異常鏈¶
如果在 except 部分內發生未處理的異常，它將附加正在處理的異常，幷包含在錯誤訊息中。
>>> try:
... open("database.sqlite")
... except OSError:
... raise RuntimeError("unable to handle error")
...
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
open("database.sqlite")
~~~~^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'database.sqlite'
During handling of the above exception, another exception occurred:
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
raise RuntimeError("unable to handle error")
RuntimeError: unable to handle error
為了指示異常是另一個異常的直接結果，raise 語句允許使用可選的 from 子句。
# exc must be exception instance or None.
raise RuntimeError from exc
當您轉換異常時，這非常有用。例如
>>> def func():
... raise ConnectionError
...
>>> try:
... func()
... except ConnectionError as exc:
... raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
...
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
func()
~~~~^^
File "<stdin>", line 2, in func
ConnectionError
The above exception was the direct cause of the following exception:
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
raise RuntimeError('Failed to open database') from exc
RuntimeError: Failed to open database
它還允許使用 from None 慣用法停用自動異常連結。
>>> try:
... open('database.sqlite')
... except OSError:
... raise RuntimeError from None
...
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 4, in <module>
raise RuntimeError from None
RuntimeError
有關連結機制的更多資訊，請參閱內建異常。
8.6. 使用者定義的異常¶
程式可以透過建立新的異常類來命名自己的異常（有關 Python 類的更多資訊，請參閱類）。異常通常應直接或間接地從 Exception 類派生。
可以定義異常類，它們可以執行任何其他類可以執行的任何操作，但通常保持簡單，通常僅提供一些屬性，允許異常的處理程式提取有關錯誤的資訊。
大多數異常的定義名稱都以“Error”結尾，類似於標準異常的命名方式。
許多標準模組定義了自己的異常，以報告它們定義的函式中可能發生的錯誤。
8.7. 定義清理操作¶
try 語句具有另一個可選子句，旨在定義在任何情況下都必須執行的清理操作。例如
>>> try:
... raise KeyboardInterrupt
... finally:
... print('Goodbye, world!')
...
Goodbye, world!
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
raise KeyboardInterrupt
KeyboardInterrupt
如果存在 finally 子句，則 finally 子句將在 try 語句完成之前作為最後一項任務執行。finally 子句無論 try 語句是否產生異常都會執行。以下幾點討論了發生異常時更復雜的情況
如果在執行
try子句期間發生異常，則該異常可能由except子句處理。如果異常未被except子句處理，則在執行finally子句後重新引發該異常。在執行
except或else子句期間可能會發生異常。同樣，在執行finally子句後重新引發該異常。如果
try語句遇到break、continue或return語句，則finally子句將在break、continue或return語句執行之前立即執行。如果
finally子句包含return語句，則返回的值將是finally子句的return語句中的值，而不是try子句的return語句中的值。
例如
>>> def bool_return():
... try:
... return True
... finally:
... return False
...
>>> bool_return()
False
一個更復雜的例子
>>> 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 <module>
divide("2", "1")
~~~~~~^^^^^^^^^^
File "<stdin>", line 3, in divide
result = x / y
~~^~~
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'
如您所見，finally 子句在任何情況下都會執行。由兩個字串相除引發的 TypeError 不會被 except 子句處理，因此在執行 finally 子句後重新引發。
在實際應用中，無論資源的使用是否成功，finally 子句都可用於釋放外部資源（如檔案或網路連線）。
8.8. 預定義的清理操作¶
一些物件定義了當不再需要該物件時要執行的標準清理操作，無論使用該物件的操作是否成功。請看下面的示例，該示例嘗試開啟一個檔案並將其內容列印到螢幕上。
for line in open("myfile.txt"):
print(line, end="")
此程式碼的問題在於，它會在程式碼的這部分完成執行後，將檔案開啟不確定的時間。這在簡單的指令碼中不是問題，但對於較大的應用程式來說可能會成為問題。with 語句允許以確保及時且正確地清理檔案的方式使用檔案等物件。
with open("myfile.txt") as f:
for line in f:
print(line, end="")
執行該語句後，無論在處理行時是否遇到問題，檔案f始終會關閉。像檔案一樣提供預定義的清理操作的物件將在其文件中指出這一點。
8.10. 用註釋豐富異常¶
建立異常以引發時，通常會使用描述已發生錯誤的資訊對其進行初始化。在某些情況下，在捕獲異常後新增資訊非常有用。為此，異常有一個方法 add_note(note)，它接受一個字串並將其新增到異常的註釋列表中。標準的回溯渲染在異常之後，按照新增的順序包含所有註釋。
>>> try:
... raise TypeError('bad type')
... except Exception as e:
... e.add_note('Add some information')
... e.add_note('Add some more information')
... raise
...
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 2, in <module>
raise TypeError('bad type')
TypeError: bad type
Add some information
Add some more information
>>>
例如，當將異常收集到異常組中時，我們可能想為各個錯誤新增上下文資訊。在以下示例中，組中的每個異常都包含一個指示此錯誤發生時間的註釋。
>>> def f():
... raise OSError('operation failed')
...
>>> excs = []
>>> for i in range(3):
... try:
... f()
... except Exception as e:
... e.add_note(f'Happened in Iteration {i+1}')
... excs.append(e)
...
>>> raise ExceptionGroup('We have some problems', excs)
+ Exception Group Traceback (most recent call last):
| File "<stdin>", line 1, in <module>
| raise ExceptionGroup('We have some problems', excs)
| ExceptionGroup: We have some problems (3 sub-exceptions)
+-+---------------- 1 ----------------
| Traceback (most recent call last):
| File "<stdin>", line 3, in <module>
| f()
| ~^^
| File "<stdin>", line 2, in f
| raise OSError('operation failed')
| OSError: operation failed
| Happened in Iteration 1
+---------------- 2 ----------------
| Traceback (most recent call last):
| File "<stdin>", line 3, in <module>
| f()
| ~^^
| File "<stdin>", line 2, in f
| raise OSError('operation failed')
| OSError: operation failed
| Happened in Iteration 2
+---------------- 3 ----------------
| Traceback (most recent call last):
| File "<stdin>", line 3, in <module>
| f()
| ~^^
| File "<stdin>", line 2, in f
| raise OSError('operation failed')
| OSError: operation failed
| Happened in Iteration 3
+------------------------------------
>>>