8. 错误和异常
*************

至此，本教程还未深入介绍错误信息，但如果您尝试过本教程前文中的例子，应
该已经看到过一些错误信息。错误可（至少）被分为两种：*语法错误* 和 *异
常*。


8.1. 语法错误
=============

语法错误又称解析错误，是学习 Python 时最常见的错误：

   >>> while True print('Hello world')
     File "<stdin>", line 1
       while True print('Hello world')
                      ^
   SyntaxError: invalid syntax

解析器会复现出现句法错误的代码行，并用小“箭头”指向行里检测到的第一个错
误。错误是由箭头 *上方* 的 token 触发的（至少是在这里检测出的）：本例
中，在 "print()" 函数中检测到错误，因为，在它前面缺少冒号（"':'"） 。
错误信息还输出文件名与行号，在使用脚本文件时，就可以知道去哪里查错。


8.2. 异常
=========

即使语句或表达式使用了正确的语法，执行时仍可能触发错误。执行时检测到的
错误称为 *异常*，异常不一定导致严重的后果：很快我们就能学会如何处理
Python 的异常。大多数异常不会被程序处理，而是显示下列错误信息：

   >>> 10 * (1/0)
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   ZeroDivisionError: division by zero
   >>> 4 + spam*3
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   NameError: name 'spam' is not defined
   >>> '2' + 2
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   TypeError: can only concatenate str (not "int") to str

错误信息的最后一行说明程序遇到了什么类型的错误。异常有不同的类型，而类
型名称会作为错误信息的一部分中打印出来：上述示例中的异常类型依次是：
"ZeroDivisionError"， "NameError" 和 "TypeError"。作为异常类型打印的字
符串是发生的内置异常的名称。对于所有内置异常都是如此，但对于用户定义的
异常则不一定如此（虽然这种规范很有用）。标准的异常类型是内置的标识符（
不是保留关键字）。

此行其余部分根据异常类型，结合出错原因，说明错误细节。

错误信息开头用堆栈回溯形式展示发生异常的语境。一般会列出源代码行的堆栈
回溯；但不会显示从标准输入读取的行。

内置异常 列出了内置异常及其含义。


8.3. 异常的处理
===============

可以编写程序处理选定的异常。下例会要求用户一直输入内容，直到输入有效的
整数，但允许用户中断程序（使用 "Control-C" 或操作系统支持的其他操作）
；注意，用户中断程序会触发 "KeyboardInterrupt" 异常。

   >>> while True:
   ...     try:
   ...         x = int(input("Please enter a number: "))
   ...         break
   ...     except ValueError:
   ...         print("Oops!  That was no valid number.  Try again...")
   ...

"try" 语句的工作原理如下：

* 首先，执行 *try 子句* （"try" 和 "except" 关键字之间的（多行）语句）
  。

* 如果没有触发异常，则跳过 *except 子句*，"try" 语句执行完毕。

* 如果在执行 "try" 子句时发生了异常，则跳过该子句中剩下的部分。  如果
  异常的类型与 "except" 关键字后指定的异常相匹配，则会执行 *except 子
  句*，然后跳到 try/except 代码块之后继续执行。

* 如果发生的异常与 *except 子句* 中指定的异常不匹配，则它会被传递到外
  层的 "try" 语句中；如果没有找到处理句柄，则它是一个 *未处理异常* 且
  执行将停止并输出一条错误消息。

"try" 语句可以有多个 *except 子句* 来为不同的异常指定处理程序。 但最多
只有一个处理程序会被执行。 处理程序只处理对应的 *try 子句* 中发生的异
常，而不处理同一 "try" 语句内其他处理程序中的异常。 *except 子句* 可以
用带圆括号的元组来指定多个异常，例如:

   ... except (RuntimeError, TypeError, NameError):
   ...     pass

如果发生的异常与 "except" 子句中的类是同一个类或是它的基类时，则该类与
该异常相兼容（反之则不成立 --- 列出派生类的 *except 子句* 与基类不兼容
）。 例如，下面的代码将依次打印 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")

请注意如果颠倒 *except 子句* 的顺序（把 "except B" 放在最前），则会输
出 B, B, B --- 即触发了第一个匹配的 *except 子句*。

发生异常时，它可能具有关联值，即异常 *参数* 。是否需要参数，以及参数的
类型取决于异常的类型。

*except 子句* 可能会在异常名称后面指定一个变量。 这个变量将被绑定到异
常实例，该实例通常会有一个存储参数的 "args" 属性。 为了方便起见，内置
异常类型定义了 "__str__()" 来打印所有参数而不必显式地访问 ".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

未处理异常的 "__str__()" 输出会被打印为该异常消息的最后部分 ('detail')
。

"BaseException" 是所有异常的共同基类。它的一个子类， "Exception" ，是
所有非致命异常的基类。不是 "Exception" 的子类的异常通常不被处理，因为
它们被用来指示程序应该终止。它们包括由 "sys.exit()" 引发的
"SystemExit" ，以及当用户希望中断程序时引发的 "KeyboardInterrupt" 。

"Exception" 可以被用作通配符，捕获（几乎）一切。然而，好的做法是，尽可
能具体地说明我们打算处理的异常类型，并允许任何意外的异常传播下去。

处理 "Exception" 最常见的模式是打印或记录异常，然后重新提出（允许调用
者也处理异常）:

   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" 语句具有可选的 *else 子句*，该子句如果存在，它必须
放在所有 *except 子句* 之后。 它适用于 *try 子句* 没有引发异常但又必须
要执行的代码。 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" 子句比向 "try" 子句添加额外的代码要好，可以避免意外捕获非
"try" ... "except" 语句保护的代码触发的异常。

异常处理程序不仅会处理在 *try 子句* 中立刻发生的异常，还会处理在 *try
子句* 中调用（包括间接调用）的函数。 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. 触发异常
=============

"raise" 语句支持强制触发指定的异常。例如：

   >>> raise NameError('HiThere')
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   NameError: HiThere

"raise" 唯一的参数就是要触发的异常。这个参数必须是异常实例或异常类（派
生自 "BaseException" 类，例如 "Exception" 或其子类）。如果传递的是异常
类，将通过调用没有参数的构造函数来隐式实例化：

   raise ValueError  # shorthand for 'raise ValueError()'

如果只想判断是否触发了异常，但并不打算处理该异常，则可以使用更简单的
"raise" 语句重新触发异常：

   >>> 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>
   NameError: HiThere


8.5. 异常链
===========

如果一个未处理的异常发生在 "except" 部分内，它将会有被处理的异常附加到
它上面，并包括在错误信息中:

   >>> try:
   ...     open("database.sqlite")
   ... except OSError:
   ...     raise RuntimeError("unable to handle error")
   ...
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 2, in <module>
   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>
   RuntimeError: unable to handle error

为了表明一个异常是另一个异常的直接后果， "raise" 语句允许一个可选的
"from" 子句:

   # exc must be exception instance or None.
   raise RuntimeError from exc

转换异常时，这种方式很有用。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>
     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>
   RuntimeError: Failed to open database

它还允许使用 "from None" 表达禁用自动异常链:

   >>> try:
   ...     open('database.sqlite')
   ... except OSError:
   ...     raise RuntimeError from None
   ...
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 4, in <module>
   RuntimeError

异常链机制详见 内置异常。


8.6. 用户自定义异常
===================

程序可以通过创建新的异常类命名自己的异常（Python 类的内容详见 类）。不
论是以直接还是间接的方式，异常都应从 "Exception" 类派生。

异常类可以被定义成能做其他类所能做的任何事，但通常应当保持简单，它往往
只提供一些属性，允许相应的异常处理程序提取有关错误的信息。

大多数异常命名都以 “Error” 结尾，类似标准异常的命名。

许多标准模块定义了自己的异常，以报告他们定义的函数中可能出现的错误。


8.7. 定义清理操作
=================

"try" 语句还有一个可选子句，用于定义在所有情况下都必须要执行的清理操作
。例如：

   >>> try:
   ...     raise KeyboardInterrupt
   ... finally:
   ...     print('Goodbye, world!')
   ...
   Goodbye, world!
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 2, in <module>
   KeyboardInterrupt

如果存在 "finally" 子句，则 "finally" 子句是 "try" 语句结束前执行的最
后一项任务。不论 "try" 语句是否触发异常，都会执行 "finally" 子句。以下
内容介绍了几种比较复杂的触发异常情景：

* 如果执行 "try" 子句期间触发了某个异常，则某个 "except" 子句应处理该
  异常。如果该异常没有 "except" 子句处理，在 "finally" 子句执行后会被
  重新触发。

* "except" 或 "else" 子句执行期间也会触发异常。 同样，该异常会在
  "finally" 子句执行之后被重新触发。

* 如果 "finally" 子句中包含 "break"、"continue" 或 "return" 等语句，异
  常将不会被重新引发。

* 如果执行 "try" 语句时遇到 "break",、"continue" 或 "return" 语句，则
  "finally" 子句在执行 "break"、"continue" 或 "return" 语句之前执行。

* 如果 "finally" 子句中包含 "return" 语句，则返回值来自 "finally" 子句
  的某个 "return" 语句的返回值，而不是来自 "try" 子句的 "return" 语句
  的返回值。

例如：

   >>> def bool_return():
   ...     try:
   ...         return True
   ...     finally:
   ...         return False
   ...
   >>> bool_return()
   False

这是一个比较复杂的例子：

   >>> 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>
     File "<stdin>", line 3, in divide
   TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'str'

如上所示，任何情况下都会执行 "finally" 子句。"except" 子句不处理两个字
符串相除触发的 "TypeError"，因此会在 "finally" 子句执行后被重新触发。

在实际应用程序中，"finally" 子句对于释放外部资源（例如文件或者网络连接
）非常有用，无论是否成功使用资源。


8.8. 预定义的清理操作
=====================

某些对象定义了不需要该对象时要执行的标准清理操作。无论使用该对象的操作
是否成功，都会执行清理操作。比如，下例要打开一个文件，并输出文件内容：

   for line in open("myfile.txt"):
       print(line, end="")

这个代码的问题在于，执行完代码后，文件在一段不确定的时间内处于打开状态
。在简单脚本中这没有问题，但对于较大的应用程序来说可能会出问题。"with"
语句支持以及时、正确的清理的方式使用文件对象：

   with open("myfile.txt") as f:
       for line in f:
           print(line, end="")

语句执行完毕后，即使在处理行时遇到问题，都会关闭文件 *f*。和文件一样，
支持预定义清理操作的对象会在文档中指出这一点。


8.9. 引发和处理多个不相关的异常
===============================

在有些情况下，有必要报告几个已经发生的异常。这通常是在并发框架中当几个
任务并行失败时的情况，但也有其他的用例，有时需要是继续执行并收集多个错
误而不是引发第一个异常。

内置的 "ExceptionGroup" 打包了一个异常实例的列表，这样它们就可以一起被
引发。它本身就是一个异常，所以它可以像其他异常一样被捕获。

   >>> def f():
   ...     excs = [OSError('error 1'), SystemError('error 2')]
   ...     raise ExceptionGroup('there were problems', excs)
   ...
   >>> f()
     + Exception Group Traceback (most recent call last):
     |   File "<stdin>", line 1, in <module>
     |   File "<stdin>", line 3, in f
     | ExceptionGroup: there were problems
     +-+---------------- 1 ----------------
       | OSError: error 1
       +---------------- 2 ----------------
       | SystemError: error 2
       +------------------------------------
   >>> try:
   ...     f()
   ... except Exception as e:
   ...     print(f'caught {type(e)}: e')
   ...
   caught <class 'ExceptionGroup'>: e
   >>>

通过使用 "except*" 代替 "except" ，我们可以有选择地只处理组中符合某种
类型的异常。在下面的例子中，显示了一个嵌套的异常组，每个 "except*" 子
句都从组中提取了某种类型的异常，而让所有其他的异常传播到其他子句，并最
终被重新引发。

   >>> def f():
   ...     raise ExceptionGroup(
   ...         "group1",
   ...         [
   ...             OSError(1),
   ...             SystemError(2),
   ...             ExceptionGroup(
   ...                 "group2",
   ...                 [
   ...                     OSError(3),
   ...                     RecursionError(4)
   ...                 ]
   ...             )
   ...         ]
   ...     )
   ...
   >>> try:
   ...     f()
   ... except* OSError as e:
   ...     print("There were OSErrors")
   ... except* SystemError as e:
   ...     print("There were SystemErrors")
   ...
   There were OSErrors
   There were SystemErrors
     + Exception Group Traceback (most recent call last):
     |   File "<stdin>", line 2, in <module>
     |   File "<stdin>", line 2, in f
     | ExceptionGroup: group1
     +-+---------------- 1 ----------------
       | ExceptionGroup: group2
       +-+---------------- 1 ----------------
         | RecursionError: 4
         +------------------------------------
   >>>

注意，嵌套在一个异常组中的异常必须是实例，而不是类型。这是因为在实践中
，这些异常通常是那些已经被程序提出并捕获的异常，其模式如下:

   >>> excs = []
   ... for test in tests:
   ...     try:
   ...         test.run()
   ...     except Exception as e:
   ...         excs.append(e)
   ...
   >>> if excs:
   ...    raise ExceptionGroup("Test Failures", excs)
   ...


8.10. 用注释细化异常情况
========================

当一个异常被创建以引发时，它通常被初始化为描述所发生错误的信息。在有些
情况下，在异常被捕获后添加信息是很有用的。为了这个目的，异常有一个
"add_note(note)" 方法接受一个字符串，并将其添加到异常的注释列表。标准
的回溯在异常之后按照它们被添加的顺序呈现包括所有的注释。

   >>> 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>
   TypeError: bad type
   Add some information
   Add some more information
   >>>

例如，当把异常收集到一个异常组时，我们可能想为各个错误添加上下文信息。
在下文中，组中的每个异常都有一个说明，指出这个错误是什么时候发生的。

   >>> 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>
     | ExceptionGroup: We have some problems (3 sub-exceptions)
     +-+---------------- 1 ----------------
       | Traceback (most recent call last):
       |   File "<stdin>", line 3, in <module>
       |   File "<stdin>", line 2, in f
       | OSError: operation failed
       | Happened in Iteration 1
       +---------------- 2 ----------------
       | Traceback (most recent call last):
       |   File "<stdin>", line 3, in <module>
       |   File "<stdin>", line 2, in f
       | OSError: operation failed
       | Happened in Iteration 2
       +---------------- 3 ----------------
       | Traceback (most recent call last):
       |   File "<stdin>", line 3, in <module>
       |   File "<stdin>", line 2, in f
       | OSError: operation failed
       | Happened in Iteration 3
       +------------------------------------
   >>>
