6.Python基础：异常

在 Python 程序开发和运行过程中，“异常” 是不可避免的 —— 它可能源于代码逻辑错误（如除以 0）、外部环境变化（如文件不存在）或用户操作不当（如输入非数字）。若不处理异常，程序会直接崩溃并抛出错误信息；通过合理的异常处理，可让程序优雅地应对错误，保障程序稳定性。

6.1 异常概述

异常（Exception）是程序运行时发生的 “意外错误”，Python 会将异常封装为一个 “异常对象”，包含错误位置、类型和描述信息。若程序未处理异常，Python 解释器会采用默认处理方式：打印异常信息（Traceback）、终止程序运行。

6.1.1 异常示例

以下代码因 “除以 0” 触发ZeroDivisionError异常，程序崩溃并输出异常信息：

print(5 / 0)

运行结果（异常信息）：

Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\异常示例.py", line 1, in <module>
    print(5 / 0)
ZeroDivisionError: division by zero

异常信息包含三部分核心内容：

1. Traceback：错误堆栈，显示异常发生的代码路径（从外层到内层）；
2. 错误行号：明确异常发生在哪个文件的哪一行（如line 1）；
3. 异常类型与描述：ZeroDivisionError是异常类型，division by zero是异常描述（说明错误原因）。

6.1.2 异常类型

Python 中的所有异常都继承自BaseException类，常用的异常类型及触发场景如下：

异常类型	触发场景	示例
NameError	使用未定义的变量	print(test)（test 未声明）
IndexError	列表 / 元组等序列越界访问	num_list = []; num_list[0]
AttributeError	访问对象不存在的属性或方法	class Car: pass; car = Car(); print(car.color)
FileNotFoundError	打开不存在的文件或目录	open("test.txt")（test.txt 不存在）
ZeroDivisionError	除法运算中除数为 0	5 / 0
ValueError	数据类型正确但值不符合要求	int("abc")（字符串无法转为整数）
TypeError	操作或函数应用于错误类型的对象	1 + "2"（整数与字符串无法相加）

6.1.3 异常的层级关系

Python 异常体系的核心层级如下：

• BaseException：所有异常的基类；
  • KeyboardInterrupt：用户按下Ctrl+C中断程序；
  • SystemExit：Python 解释器退出；
• Exception：所有 “非退出类” 异常的基类（开发中主要处理此类异常）；
  • ZeroDivisionError、IndexError、FileNotFoundError等：具体异常类型。

开发中通常捕获Exception类（或其子类），避免捕获BaseException（防止捕获到SystemExit等退出异常，导致程序无法正常退出）。

6.2 异常捕获语句

Python 提供try-except语句捕获并处理异常，可根据需求组合else和finally子句，实现更灵活的异常处理逻辑。

6.2.1 基础语法：try-except

try-except是最核心的异常捕获结构，用于 “监控可能出错的代码”，并在异常发生时执行处理逻辑。

语法格式

try:
    # 可能触发异常的代码块（监控区域）
    代码1
    代码2
except [异常类型1 [as 变量名1]]:
    # 捕获到“异常类型1”时执行的处理逻辑
    处理代码1
except [异常类型2 [as 变量名2]]:
    # 捕获到“异常类型2”时执行的处理逻辑
    处理代码2
...

关键说明

• try块：必须有，用于包裹 “可能出错的代码”，若代码无异常，except块会被跳过；
• except块：可多个，用于捕获指定类型的异常，[异常类型]省略时捕获所有Exception类异常；
• as 变量名：可选，将捕获到的异常对象赋值给变量，可通过变量获取异常详情（如print(变量名)打印异常描述）。

示例 1：捕获单个异常

# 监控“除法运算”，捕获ZeroDivisionError
num1 = int(input("请输入被除数："))
num2 = int(input("请输入除数："))

try:
    result = num1 / num2
    print(f"结果：{result}")
except ZeroDivisionError as e:
    # 处理“除数为0”的异常
    print(f"出错了：{e}")  # 输出：出错了：division by zero

示例 2：捕获多个异常

# 监控“输入+除法”，捕获ValueError和ZeroDivisionError
try:
    num1 = int(input("请输入被除数："))  # 可能触发ValueError（输入非数字）
    num2 = int(input("请输入除数："))    # 可能触发ValueError
    result = num1 / num2                # 可能触发ZeroDivisionError
    print(f"结果：{result}")
except ValueError as e:
    print(f"输入错误：{e}")  # 处理“输入非数字”
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"计算错误：{e}")  # 处理“除数为0”

示例 3：捕获所有异常（不推荐）

# 捕获所有Exception类异常（适合临时调试，不推荐正式环境使用）
try:
    num1 = int(input("请输入被除数："))
    num2 = int(input("请输入除数："))
    result = num1 / num2
    print(f"结果：{result}")
except Exception as e:
    print(f"程序出错：{e}")  # 所有异常都会进入这里处理

6.2.2 扩展语法 1：try-except-else

else子句用于定义 “try块无异常时执行的逻辑”—— 仅当try块中的代码完全无异常时，else块才会执行；若try块触发异常，else块会被跳过。

语法格式

try:
    可能出错的代码
except [异常类型] as e:
    异常处理代码
else:
    无异常时执行的代码

示例

try:
    num1 = int(input("请输入被除数："))
    num2 = int(input("请输入除数："))
    result = num1 / num2
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print(f"出错了：{e}")
else:
    # 仅当try块无异常时执行
    print(f"计算成功！结果：{result}")

6.2.3 扩展语法 2：try-except-finally

finally子句用于定义 “无论try块是否有异常，都必须执行的逻辑”—— 通常用于 “资源清理”（如关闭文件、关闭网络连接），确保资源不会因异常而泄漏。

语法格式

try:
    可能出错的代码
except [异常类型] as e:
    异常处理代码
finally:
    必须执行的代码（无论是否有异常）

示例：关闭文件资源

try:
    # 尝试打开并读取文件
    file = open('f:\\luckycloud.txt', 'r', encoding='utf-8')
    print(file.read())
except FileNotFoundError as e:
    print(f"文件操作出错：{e}")
finally:
    # 无论是否有异常，都关闭文件
    if 'file' in locals():  # 判断file变量是否存在（避免未打开文件时调用close()）
        file.close()
        print("文件已关闭")

6.2.4 组合语法：try-except-else-finally

四个子句可组合使用，执行顺序为：

1. 执行try块；
2. 若try块有异常：执行对应except块 → 执行finally块；
3. 若try块无异常：执行else块 → 执行finally块。

示例

try:
    num1 = int(input("请输入被除数："))
    num2 = int(input("请输入除数："))
    result = num1 / num2
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print(f"出错了：{e}")
else:
    print(f"计算成功！结果：{result}")
finally:
    print("程序执行完毕（无论是否有异常，我都会执行）")

6.3 抛出异常

除了 “程序自动触发异常”，Python 还支持通过raise和assert语句 “主动抛出异常”，用于在自定义场景下（如数据校验失败）触发错误，控制程序流程。

6.3.1 raise语句：显式抛出异常

raise语句用于主动抛出指定类型的异常，可自定义异常描述信息，是开发中最常用的 “主动抛异常” 方式。

语法格式

raise语句有三种常用格式：

1. raise 异常类：抛出指定类型的异常（无描述信息）；
2. raise 异常类对象：抛出指定类型的异常（可自定义描述信息）；
3. raise：在except块中重新抛出 “刚捕获的异常”（用于向上传递异常）。

示例 1：抛出无描述的异常

# 抛出IndexError异常
raise IndexError

运行结果：

Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\raise示例1.py", line 2, in <module>
    raise IndexError
IndexError

示例 2：抛出带描述的异常

# 抛出带描述信息的IndexError
index_error = IndexError("索引下标超出列表范围")
raise index_error

运行结果：

Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\raise示例2.py", line 3, in <module>
    raise index_error
IndexError: 索引下标超出列表范围

示例 3：重新抛出异常

在except块中捕获异常后，可通过raise重新抛出该异常，让上层代码处理（用于 “异常传递”）：

def func():
    try:
        5 / 0  # 触发ZeroDivisionError
    except ZeroDivisionError as e:
        print(f"函数内部捕获异常：{e}")
        raise  # 重新抛出异常，让调用者处理

# 调用func()，处理重新抛出的异常
try:
    func()
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"调用者捕获异常：{e}")

运行结果：

函数内部捕获异常：division by zero
调用者捕获异常：division by zero

示例 4：异常链（raise-from）

通过raise 新异常 from 原异常，可建立 “异常链”—— 新异常由原异常触发，便于追踪异常根源：

try:
    5 / 0  # 原异常：ZeroDivisionError
except Exception as original_e:
    # 抛出新异常，并关联原异常
    raise IndexError("下标超出范围") from original_e

运行结果（包含异常链信息）：

Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\raise_from示例.py", line 2, in <module>
    5 / 0
ZeroDivisionError: division by zero

The above exception was the direct cause of the following exception:

Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\raise_from示例.py", line 5, in <module>
    raise IndexError("下标超出范围") from original_e
IndexError: 下标超出范围

6.3.2 assert语句：断言抛出异常

assert语句（断言）用于 “验证某个条件是否成立”—— 若条件成立，程序继续执行；若条件不成立，抛出AssertionError异常。assert通常用于 “调试阶段的逻辑校验”（如验证函数参数是否合法），不推荐在正式环境依赖assert处理业务逻辑（因为 Python 可通过-O参数关闭断言）。

语法格式

assert 条件表达式[, 异常描述信息]

示例：验证除数不为 0

# 断言“除数不为0”，条件不成立则抛出AssertionError
num1 = int(input("请输入被除数："))
num2 = int(input("请输入除数："))

assert num2 != 0, "除数不能为0"  # 条件num2 != 0不成立时，抛出异常
result = num1 / num2
print(f"结果：{result}")

运行结果（若输入除数为 0）：

请输入被除数：10
请输入除数：0
Traceback (most recent call last):
  File "E:\pyproject\异常\assert示例.py", line 4, in <module>
    assert num2 != 0, "除数不能为0"
AssertionError: 除数不能为0

6.3.3 异常的传递

异常会沿着 “函数调用栈” 向上传递 —— 若函数 A 调用函数 B，函数 B 中触发异常且未处理，异常会传递到函数 A；若函数 A 也未处理，异常会继续向上传递，直到被捕获或导致程序崩溃。

示例：异常传递

# 函数B：触发异常且未处理
def func_b():
    print("进入func_b")
    raise ValueError("func_b中发生错误")  # 触发异常

# 函数A：调用func_b，未处理异常
def func_a():
    print("进入func_a")
    func_b()  # 调用func_b，异常会传递到这里
    print("离开func_a")  # 异常未处理，此句不会执行

# 主程序：调用func_a，处理异常
try:
    func_a()
except ValueError as e:
    print(f"主程序捕获异常：{e}")

运行结果（异常从 func_b 传递到主程序）：

进入func_a
进入func_b
主程序捕获异常：func_b中发生错误

6.4 自定义异常

Python 提供的内置异常（如ZeroDivisionError、IndexError）可满足大部分场景，但在特定业务中（如 “密码长度不足”“账号已锁定”），需自定义异常类，让异常更贴合业务逻辑。

6.4.1 自定义异常的规则

自定义异常需满足以下两点：

1. 自定义异常类必须继承Exception类（或其子类），不能继承BaseException（避免与系统退出异常混淆）；
2. 类名通常以 “Error” 结尾（如ShortPwdError、AccountLockedError），符合 Python 命名规范，便于识别。

6.4.2 自定义异常的实现

步骤

1. 定义异常类，继承Exception；
2. （可选）在__init__方法中添加自定义属性（如错误码、详细信息）；
3. 使用raise语句抛出自定义异常。

示例：自定义 “密码长度不足” 异常

# 1. 自定义异常类：继承Exception
class ShortPwdError(Exception):
    """自定义异常：密码长度不足"""
    def __init__(self, current_length, min_length):
        # 自定义属性：当前密码长度、最小要求长度
        self.current_length = current_length
        self.min_length = min_length

    # 自定义异常的字符串表示（可选，便于打印异常信息）
    def __str__(self):
        return f"ShortPwdError：输入的密码长度为{self.current_length}，至少需要{self.min_length}个字符"

# 2. 使用自定义异常
try:
    pwd = input("请输入密码：")
    if len(pwd) < 3:
        # 抛出自定义异常
        raise ShortPwdError(len(pwd), 3)
    print("密码设置成功！")
except ShortPwdError as e:
    # 处理自定义异常
    print(e)  # 输出：ShortPwdError：输入的密码长度为2，至少需要3个字符

6.5 实训案例

6.5.1 头像格式检测

需求

某网站仅允许用户上传jpg、png、jpeg格式的头像文件，需通过异常处理实现以下功能：

1. 接收用户输入的文件路径；
2. 检测文件扩展名是否在允许范围内，若不在，抛出UnsupportedFormatError（自定义异常）；
3. 捕获异常并提示用户 “不支持的文件格式，请上传 jpg/png/jpeg 文件”；
4. 若文件路径不存在，捕获FileNotFoundError并提示用户 “文件不存在，请检查路径”。

实现思路

1. 自定义UnsupportedFormatError异常类，继承Exception；
2. 编写检测函数：提取文件扩展名，判断是否在允许列表（['jpg', 'png', 'jpeg']）中，不在则抛出自定义异常；
3. 使用try-except捕获 “文件不存在” 和 “格式不支持” 两种异常，分别处理。

参考代码

import os

# 1. 自定义异常：不支持的文件格式
class UnsupportedFormatError(Exception):
    def __init__(self, file_format, allowed_formats):
        self.file_format = file_format
        self.allowed_formats = allowed_formats

    def __str__(self):
        return f"UnsupportedFormatError：不支持{self.file_format}格式，仅允许{self.allowed_formats}格式"

# 2. 检测头像格式
def check_avatar_format(file_path):
    # 提取文件扩展名（转为小写）
    _, ext = os.path.splitext(file_path)  # ext格式为“.jpg”
    file_format = ext.lstrip('.').lower()  # 去除“.”，转为小写，如“jpg”

    # 允许的格式列表
    allowed_formats = ['jpg', 'png', 'jpeg']
    if file_format not in allowed_formats:
        # 抛出自定义异常
        raise UnsupportedFormatError(file_format, allowed_formats)
    
    print(f"文件格式检测通过：{file_format}")

# 3. 主逻辑：接收输入并处理异常
if __name__ == "__main__":
    file_path = input("请输入头像文件路径：")
    try:
        # 检查文件是否存在（os.path.exists返回True/False）
        if not os.path.exists(file_path):
            raise FileNotFoundError(f"文件不存在：{file_path}")
        # 检查文件格式
        check_avatar_format(file_path)
        print("头像上传成功！")
    except FileNotFoundError as e:
        print(f"错误：{e}")
    except UnsupportedFormatError as e:
        print(f"错误：{e}")

6.5.2 海鲜超市数量检测

需求

用户在海鲜超市网购时，需选择海鲜种类和购买数量，需实现以下功能：

1. 接收用户输入的 “海鲜名称” 和 “购买数量”；
2. 检测数量是否为正整数（≥1）：
   • 若输入非数字，捕获ValueError，提示 “数量需为数字”，并默认数量为 1；
   • 若输入数字但小于 1，捕获ValueError（主动抛出），提示 “数量需≥1”，并默认数量为 1；
3. 输出最终的 “购买信息”（海鲜名称、数量）。

实现思路

1. 编写数量检测函数：尝试将输入转为整数，若转换失败抛ValueError；若转换后数量 < 1，也抛ValueError；
2. 使用try-except捕获ValueError，统一处理 “非数字” 和 “数量不足” 两种错误，设置默认数量为 1；
3. 输出最终购买信息。

参考代码

# 检测购买数量是否合法
def check_quantity(input_quantity):
    try:
        # 尝试将输入转为整数
        quantity = int(input_quantity)
    except ValueError:
        # 输入非数字，抛出异常
        raise ValueError("数量需为数字")
    
    # 数量小于1，抛出异常
    if quantity < 1:
        raise ValueError("数量需≥1")
    
    return quantity

# 主逻辑
if __name__ == "__main__":
    # 接收用户输入
    seafood_name = input("请输入海鲜名称：")
    input_quantity = input("请输入购买数量：")

    try:
        # 检测数量
        quantity = check_quantity(input_quantity)
    except ValueError as e:
        # 处理异常，设置默认数量为1
        print(f"输入错误：{e}，已默认设置数量为1")
        quantity = 1

    # 输出购买信息
    print(f"\n购买信息：")
    print(f"海鲜名称：{seafood_name}")
    print(f"购买数量：{quantity}")

6.6 本章小结

本章围绕 Python 异常处理展开，核心内容包括：

1. 异常的基本概念：异常是程序运行时的意外错误，Python 将其封装为异常对象，包含错误位置、类型和描述；
2. 异常捕获语句：try-except（捕获指定异常）、try-except-else（无异常时执行）、try-except-finally（无论是否有异常都执行），掌握不同场景下的语法选择；
3. 主动抛出异常：raise（显式抛出指定异常，支持异常链）、assert（断言条件，调试阶段用），理解异常传递的规则；
4. 自定义异常：继承Exception类，定义贴合业务的异常类型，让异常处理更精准；
5. 实训案例：通过 “头像格式检测”“海鲜数量检测”，掌握异常处理在实际业务中的应用。

通过本章学习，需理解 “异常处理的核心目标”—— 不是避免异常，而是让程序在异常发生时 “不崩溃、有反馈、可恢复”，保障程序的稳定性和用户体验。在实际开发中，需根据业务场景合理选择异常类型、设计处理逻辑，避免 “捕获所有异常”“忽略异常” 等不良实践。