异常处理机制

让程序优雅地处理错误

异常概述

什么是异常

异常 是程序运行时发生的错误，会中断程序正常执行。

# 常见异常
print(10 / 0)           # ZeroDivisionError
print(int("abc"))       # ValueError
print(undefined_var)    # NameError
print([1,2,3][10])      # IndexError

为什么需要异常处理

1. 程序健壮性：不因意外错误崩溃
2. 用户体验：给用户友好的错误提示
3. 调试方便：明确知道哪里出错
4. 资源清理：确保资源正确释放

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异常处理语法

try-except

try:
    # 可能出错的代码
    num = int(input("请输入数字："))
    result = 10 / num
    print(f"结果：{result}")
except:
    # 发生异常时执行
    print("发生错误！")

捕获特定异常

try:
    num = int(input("请输入数字："))
    result = 10 / num
    print(f"结果：{result}")
except ValueError:
    print("请输入有效的数字！")
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为0！")

捕获多个异常

try:
    # 代码
    pass
except (ValueError, TypeError):
    print("值错误或类型错误")

# 或分开处理
try:
    pass
except ValueError:
    print("值错误")
except TypeError:
    print("类型错误")

获取异常信息

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(f"错误类型：{type(e).__name__}")
    print(f"错误信息：{e}")

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完整语法

try-except-else-finally

try:
    # 可能出错的代码
    num = int(input("请输入数字："))
    result = 10 / num
except ValueError:
    # 发生ValueError时执行
    print("请输入有效数字")
except ZeroDivisionError:
    # 发生ZeroDivisionError时执行
    print("除数不能为0")
else:
    # 没有异常时执行
    print(f"结果：{result}")
finally:
    # 无论是否异常都执行
    print("程序结束")

finally的作用

# 确保资源释放
def read_file(filename):
    file = None
    try:
        file = open(filename, 'r')
        content = file.read()
        return content
    except FileNotFoundError:
        print("文件不存在")
        return None
    finally:
        if file:
            file.close()  # 确保文件关闭
            print("文件已关闭")

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常见异常类型

异常类型	说明	示例
SyntaxError	语法错误	if True print()
NameError	变量未定义	print(undefined)
TypeError	类型错误	"2" + 2
ValueError	值错误	int("abc")
IndexError	索引越界	[1,2,3][10]
KeyError	键不存在	{"a":1}["b"]
ZeroDivisionError	除零错误	10 / 0
FileNotFoundError	文件不存在	open("不存在.txt")
AttributeError	属性错误	"hello".foo()
ImportError	导入错误	import 不存在的模块

异常层级

# 所有异常都继承自BaseException
# 常用异常继承自Exception

BaseException
├── SystemExit
├── KeyboardInterrupt
├── GeneratorExit
└── Exception
    ├── StopIteration
    ├── ArithmeticError
    │   └── ZeroDivisionError
    ├── LookupError
    │   ├── IndexError
    │   └── KeyError
    ├── ValueError
    ├── TypeError
    └── ...

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抛出异常

raise语句

def set_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise ValueError("年龄不能超过150")
    return age

try:
    set_age(-5)
except ValueError as e:
    print(f"错误：{e}")

重新抛出异常

def process():
    try:
        result = 10 / 0
    except ZeroDivisionError:
        print("记录日志...")
        raise  # 重新抛出当前异常

异常链

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    raise ValueError("计算失败") from e

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自定义异常

# 自定义异常类
class AgeError(Exception):
    """年龄相关异常"""
    def __init__(self, age, message="年龄无效"):
        self.age = age
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

    def __str__(self):
        return f"{self.message}: {self.age}"


def set_age(age):
    if age < 0 or age > 150:
        raise AgeError(age, "年龄必须在0-150之间")
    return age


try:
    set_age(-5)
except AgeError as e:
    print(e)  # 年龄必须在0-150之间: -5

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断言 assert

# 断言：条件为False时抛出AssertionError
def divide(a, b):
    assert b != 0, "除数不能为0"
    return a / b

# 调试时使用
def process_data(data):
    assert isinstance(data, list), "data必须是列表"
    assert len(data) > 0, "列表不能为空"
    # 处理数据...

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上下文管理器 with

# 传统方式
file = open("test.txt", "r")
try:
    content = file.read()
finally:
    file.close()

# 使用with（推荐）
with open("test.txt", "r") as file:
    content = file.read()
# 自动关闭文件

# 多个上下文管理器
with open("input.txt") as f_in, open("output.txt", "w") as f_out:
    content = f_in.read()
    f_out.write(content.upper())

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最佳实践

1. 只捕获预期的异常

# 不好：捕获所有异常
try:
    do_something()
except:
    pass  # 吞掉所有错误

# 好：捕获特定异常
try:
    do_something()
except ValueError:
    handle_value_error()

2. 异常信息要有意义

# 不好
raise Exception("错误")

# 好
raise ValueError(f"年龄 {age} 无效，必须在 0-150 之间")

3. 不要用异常控制流程

# 不好：用异常判断
try:
    value = my_dict["key"]
except KeyError:
    value = default

# 好：用get方法
value = my_dict.get("key", default)

4. 记录异常信息

import logging

try:
    risky_operation()
except Exception as e:
    logging.error(f"操作失败: {e}", exc_info=True)
    raise

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实战示例

示例：安全的用户输入

def get_integer(prompt, min_val=None, max_val=None):
    """安全获取整数输入"""
    while True:
        try:
            value = int(input(prompt))
            if min_val is not None and value < min_val:
                print(f"值不能小于 {min_val}")
                continue
            if max_val is not None and value > max_val:
                print(f"值不能大于 {max_val}")
                continue
            return value
        except ValueError:
            print("请输入有效的整数")


age = get_integer("请输入年龄：", 0, 150)
print(f"年龄：{age}")

示例：文件处理

def read_json_file(filepath):
    """安全读取JSON文件"""
    import json

    try:
        with open(filepath, 'r', encoding='utf-8') as f:
            return json.load(f)
    except FileNotFoundError:
        print(f"文件不存在：{filepath}")
        return None
    except json.JSONDecodeError as e:
        print(f"JSON格式错误：{e}")
        return None
    except Exception as e:
        print(f"读取失败：{e}")
        return None

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练习

练习1：安全除法

# 编写函数，安全地进行除法运算
def safe_divide(a, b):
    try:
        return a / b
    except ZeroDivisionError:
        return None
    except TypeError:
        return None

print(safe_divide(10, 2))   # 5.0
print(safe_divide(10, 0))   # None
print(safe_divide("10", 2)) # None

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本章小结

1. try-except：捕获和处理异常
2. finally：确保代码执行（清理资源）
3. raise：主动抛出异常
4. 自定义异常：创建业务相关的异常类
5. with语句：上下文管理器，自动资源管理

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下一步

学会了异常处理，下一章学习文件操作。

→ 继续阅读：23-文件操作详解