Python程序调试和异常处理 - 《Python》

一、异常
二、常见错误和异常
三、内置异常
四、try 异常处理
五、抛出异常
六、自定义异常
七、上下文管理语句
八、程序调试
- 8.1 使用assert语句
- 8.2 debug内置变量

一、异常

当Python解释器遇到一个无法预期的程序行为的时候，就会输出一个异常（exception），eg：除以零或者打开不存在的文件等。当Python解释器遇到异常情况的时候，它会停止程序的运行，然后显示一个追踪（traceback）信息。

二、常见错误和异常

2.1 语法错误（SyntaxError）

2.1.1 缺少冒号

在if、elif、else、for、while、class、def声明末尾都需要添加“:”,如果没有添加就会出现 SyntaxError: invalid syntax 的错误

2.1.2 将赋值运算符=与比较运算符== 混淆

2.1.3 在字符串首尾没有加引号

2.1.4 使用关键字作为变量名

Pytho关键字不能作为变量名。

import keyword
print(keyword.kwlist)
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

2.1.5 误用自增或自减运算符

在python中没有自增（++）和自减（—）运算符。

2.1.6 代码结构的缩进错误

if __name__ == "__main__"
    coor = coordination()
    coor.position()
##结果
    if __name__ == "__main__"
                            ^
SyntaxError: invalid syntax
  ##缩进错误  
import keyword
    print(keyword.kwlist)
##结果
    print(keyword.kwlist)
    ^
IndentationError: unexpected indent

2.2 除零错误（ZeroDivisionError）

print(25/0)
##结果
    print(25/0)
ZeroDivisionError: division by zero

2.3 变量名错误（NameError）

命令或程序中访问的变量未经定义而直接使用。

print(numbers)
##结果
    print(numbers)
NameError: name 'numbers' is not defined

2.4 操作类型错误（TypeError）

2.4.1 修改元组和字符串的值

元组和字符串的元素值是不能进行修改的，修改的话们就会提示错误

##修改元组的值
aa = (100,220,300)
aa[1]=300
    aa[1]=300
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
##修改字符串的值
aa ="千里黄云白日曛"
aa[1]=1
    aa[1]=1
TypeError: 'str' object does not support item assignment

2.4.2 连接字符串和非字符串

aa ="千里黄云白日曛"
list=[1,2,3,4]
print(aa+list)
##结果
    print(aa+list)
TypeError: can only concatenate str (not "list") to str

2.4.3 方法的第一个参数没有添加self参数

class GS():
    def myMethod():
        print("这个")
g = GS()
g.myMethod()
##结果
    g.myMethod()
TypeError: myMethod() takes 0 positional arguments but 1 was given

2.4.4 不符合表达式中运算符的运算规则或者函数参数类型的错误

print(len(123456))
##结果
TypeError: object of type 'int' has no len()

2.5 下标越界错误（IndexError）

请求的索引下标超过了序列的范围而造成的错误。

a= [1,5,3,8,6,8]
print(a[100])
##结果
    print(a[100])
IndexError: list index out of range

2.6 打开文件错误（FileNotFoundError）

fp= open("1.txt",'r+')
FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: '1.txt'

三、内置异常

https://docs.python.org/3.7/library/exceptions.html#exception-hierarchy

BaseException                                 ##所有异常的基类
 +-- SystemExit                                ##Python解释器请求退出
 +-- KeyboardInterrupt                      ##用户执行中断，ctrl+c
 +-- GeneratorExit                            ##生成器发生异常通知退出
 +-- Exception                              ##常规错误的基类
      +-- StopIteration                      ##迭代器没有更多的值
      +-- StopAsyncIteration                ## 必须由一个 asynchronous iterator 对象的 __anext__() 方法来引发以停止迭代操作
      +-- ArithmeticError                    ##所有数值计算错误的基类
      |    +-- FloatingPointError            ##浮点计算错误
      |    +-- OverflowError                ##数值运算超出最大限制
      |    +-- ZeroDivisionError            ##除零（或取模）错误
      +-- AssertionError                    ##断言语句失败，在assert语句运行失败的时候输出
      +-- AttributeError                    ##对象没有这个属性
      +-- BufferError                        ##当与缓冲区相关的操作无法执行时将被引发
      +-- EOFError                            ##没有内建输入，到达EOF标记
      +-- ImportError                        ##导入模块/对象失败
      |    +-- ModuleNotFoundError            ##模块未找到
      +-- LookupError                        ##无效数据查询的基类
      |    +-- IndexError                    ##序列中没有此索引（index）
      |    +-- KeyError                        ##映射中没有这个键
      +-- MemoryError                        ##内存溢出错误
      +-- NameError                            ##未命名/初始化对象（没有属性）
      |    +-- UnboundLocalError            ##访问未初始化的本地变量        
      +-- OSError                            ##操作系统错误
      |    +-- BlockingIOError                ##当一个操作会被某个设置为非阻塞操作的对象（例如套接字）所阻塞时将被引发
      |    +-- ChildProcessError            ##当一个子进程上的操作失败时将被引发
      |    +-- ConnectionError                ##与连接相关问题的基类
      |    |    +-- BrokenPipeError            ##当试图写入另一端已被关闭的管道，或是试图写入已关闭写入的套接字时将被引发
      |    |    +-- ConnectionAbortedError    ##当连接尝试被对端中止时将被引发
      |    |    +-- ConnectionRefusedError    ##当连接尝试被对端拒绝时将被引发
      |    |    +-- ConnectionResetError    ##当连接被对端重置时将被引发
      |    +-- FileExistsError                ##当试图创建一个已存在的文件或目录时将被引发
      |    +-- FileNotFoundError            ## 当所请求的文件或目录不存在时将被引发
      |    +-- InterruptedError                ##当系统调用被输入信号中断时将被引发
      |    +-- IsADirectoryError            ##当请求对一个目录执行文件操作将被引发
      |    +-- NotADirectoryError            ##当请求对一个非目录对象执行目录操作时将被引发
      |    +-- PermissionError                ##当在没有足够操作权限的情况下试图执行某个操作时将被引发
      |    +-- ProcessLookupError            ## 当给定的进程不存在时将被引发
      |    +-- TimeoutError                    ## 当系统调用超时的时候被引发        
      +-- ReferenceError                    ##弱引用（weak reference）试图访问已经垃圾回收的对象
      +-- RuntimeError                        ##一般的运行时错误
      |    +-- NotImplementedError            ##尚未实现的方法        
      |    +-- RecursionError                ##它会在解释器检测发现超过最大递归深度时被引发
      +-- SyntaxError                        ##语法错误
      |    +-- IndentationError                ##缩进错误
      |         +-- TabError                ##Tab和空格混用
      +-- SystemError                        ##一般的解释器系统错误
      +-- TypeError                            ##对类型无效的操作
      +-- ValueError                        ##传入无效的参数
      |    +-- UnicodeError                    ##当发生与 Unicode 相关的编码或解码错误时将被引发
      |         +-- UnicodeDecodeError      ##Unicode解码的时候的错误
      |         +-- UnicodeEncodeError        ##Unicode编码的时候的错误
      |         +-- UnicodeTranslateError    ##Unicode转换的时候的错误
      +-- Warning                            ##警告的基类        
           +-- DeprecationWarning            ##关于被弃用的特征的警告
           +-- PendingDeprecationWarning    ##对于已过时并预计在未来弃用，但目前尚未弃用的特性相关警告的基类
           +-- RuntimeWarning                ##可疑的运行时行为的警告
           +-- SyntaxWarning                ##可疑的语法的警告                
           +-- UserWarning                    ##用户代码生成警告
           +-- FutureWarning                ##关于构造将来语义会有改变的警告
           +-- ImportWarning                ##与在模块导入中可能的错误相关的警告的基类
           +-- UnicodeWarning                ##与 Unicode 相关的警告的基类
           +-- BytesWarning                    ##与 bytes 和 bytearray 相关的警告的基类
           +-- ResourceWarning                ##与资源使用相关的警告的基类

四、try 异常处理

4.1 try……expect语句

try:
    <被检测的程序代码>
expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>

try语句中包含可能出现异常的代码。
except语句用来捕获异常的类中并执行异常处理。
ps：异常的名称也可以时空白的，表示此except语句处理所有类型的异常，即全捕获。异常的名称可以时一个也可以是多个。可以使用不同的expect语句处理不同的异常。
用户可以在expect语句内使用pass语句来忽略所发生的异常。

使用try……expect语句的工作原理：
1.如果try子句中被检测的程序代码有异常且被expect子句通过异常类型捕获到，则执行except子句中的异常处理程序代码
2.如果try子句中被检测到的程序代码没有发生异常，则不执行expect子句中的异常程序处理代码，程序继续向下执行
3.如果try子句中被检测到的程序代码有异常发生，但expect子句没有捕获到该异常，则程序会终止执行，并将该异常显示给最终用户。

try:
    12/0
except ZeroDivisionError:
    print("数值不能除以0")
##结果
数值不能除以0
try:
    12/0
except ZeroDivisionError:
    pass
print("--------")
##结果
--------

4.2 try……expect……else语句

当try语句没有检测到异常的时候，执行else子句的代码

try:
    <被检测的程序代码>
expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>
else：
    <正常处理的程序代码>

如果try语句中的语句有错位u，如果错误类型与except语句捕获的错误类型不符，则不执行except子句中的代码，也不执行else子句中的代码，而是程序终止运行，并将异常显示给最终用户。

a = [1,2,3,4,5,6]
try:
    print(a[100])
except IndexError:
    print("索引下标出界")
else:
    print("程序无报错")
 ##结果
索引下标出界
a = [1,2,3,4,5,6]
try:
    print(a[0])
except IndexError:
    print("索引下标出界")
else:
    print("程序无报错")
##结果
1
程序无报错

4.3 处理多重异常的try……expect语句

使用带有多个expect子句的try语句结构，只要有某个expect语句捕获到了异常，则执行该expect子句下的程序代码，其他的expect子句不再进行异常的捕获。

try:
    <被检测的程序代码>
expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>
[expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>]
[expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>]
[else：
    <正常处理的程序代码>]
##[]中的内容不是必须的

例子

while True:
    try:
        x = eval(input("请输入第一个数据："))
        y = int(input("请输入第二个数据："))
        z = x/y
    except ValueError:
        print("应全部输入数值数据")
    except ZeroDivisionError:
        print("除数不能为零")
    except NameError:
        print("变量未定义")
    else:
        print("最终结果：",z)
        break
##结果
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：a
应全部输入数值数据
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：0
除数不能为零
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：3
最终结果： 5.0

4.4 try……expect……finally语句

无论try子句中的代码是否有异常产生，finally子句下面的程序代码都会被执行，可以用作清除异常使用。
finally必须时整个结构的最后一条语句，如果有else语句，则else语句必须出现在finally子句之前。

try:
    <被检测的程序代码>
expect <异常类型>:
    <异常处理的程序代码>
finally:
    <必定执行的程序代码>

应用：
1.在通信过程中，无论通信是否发生错误，都需要在通信完成或者发生错误的时候关闭网络连接
2.在读一个文件的时候，无论是否有异常发生，最后都要关闭文件

try:
    x = eval(input("请输入第一个数据："))
    y = int(input("请输入第二个数据："))
    z = x/y
except ValueError:
    print("应全部输入数值数据")
except ZeroDivisionError:
    print("除数不能为零")
except NameError:
    print("变量未定义")
else:
    print("最终结果：",z)
finally:
    print('-----','end','-------')
##结果
PS C:\Users\lh> & C:/Users/lh/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe e:/pythonstduy/iter.py
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：0
除数不能为零
----- end -------
PS C:\Users\lh> & C:/Users/lh/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe e:/pythonstduy/iter.py
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：b
应全部输入数值数据
----- end -------
PS C:\Users\lh> & C:/Users/lh/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe e:/pythonstduy/iter.py
请输入第一个数据：15
请输入第二个数据：5
最终结果： 3.0
----- end -------

五、抛出异常

当用户遇到已成的时候，用户可以通过抛出异常做相应地处理

5.1 raise语句

Python使用raise语句抛出一个指定的异常。
raise唯一的一个参数指定了要被抛出的异常。它必须是一个异常的实例或异常的类（Exception的子类）

raise NameError("这里使用raise抛出了一个异常")
#结果
Traceback (most recent call last):
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 173, in <module>
    raise NameError("这里使用raise抛出了一个异常")
NameError: 这里使用raise抛出了一个异常

用户也可也直接输出异常的类名称

raise IndexError()
##结果
Traceback (most recent call last):
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 175, in <module>
    raise IndexError()
IndexError

class Fruit:
    def __init__(self,name):
        self.name =name
    def __getattr__(self,attr):           ##增加新的属性
        if attr != 'name':
            raise AttributeError
f= Fruit("苹果")
print(f.name)
f.prize()
##结果
苹果
Traceback (most recent call last):
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 187, in <module>
    f.prize()
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 183, in __getattr__
    raise AttributeError
AttributeError

5.2 结束解释器的运行

通过输入SystemExit异常强制结束Python解释器的运行。
QQ图片20201201152317.png
使用sys.exit()函数会输出一个SystemExit异常，sys.exit()函数会结束线程。

import sys
try:
    sys.exit()
except SystemExit:
    print("目前还不能结束解释器的运行")
##结果
目前还不能结束解释器的运行

如果想正常结束Python解释器的运行，最好使用os模块的_exit()函数，里面必须有参数。

5.3 离开嵌套循环

在一个嵌套循环中，break语句只能离开最内层的循环，而不能离开嵌套循环，使用raise语句可以离开嵌套循环。

class ExitLoop(Exception):
    pass
try:
    i = 1
    while i<10:
        for j in range(1,10):
            print(i,j)
            if (i==2) and (j==2):
                raise(ExitLoop)
            i+=1
except ExitLoop:
    print("当i=2且j=2的时候离开嵌套循环")
 ##结果
1 1
2 2
当i=2且j=2的时候离开嵌套循环
class ExitLoop(Exception):
    pass
try:
    i = 1
    while i<10:
        for j in range(0,10):
            print(i,j)
            if (i==2) and (j==2):
                raise(ExitLoop)
            i+=1
except ExitLoop:
    print("当i=2且j=2的时候离开嵌套循环")
##结果
1 0
2 1
3 2
4 3
5 4
6 5
7 6
8 7
9 8
10 9 
不存在 i=2且j=2的情况

六、自定义异常

用户可以自定义异常，与内置异常的区别是内置异常是定义在exceptions模块中的。当python解释器启动的时候，exceptions模块就会事先加载。
用户也可以自定义异常类，并且用户自定义的异常类必须从一个Python的内置异常类派生而来。
一般异常类在创建的时候都以“Error”结尾，与标准异常命名一样。

class URLError(Exception):
    pass
try:
    raise URLError("这是URL异常")
except URLError as inst:
    print(inst.args[0])
 ##结果
这是URL异常
#inst变量是用于自定义类URLError的实例变量，inst.args就是该用户定义异常类args属性值
class MyError(Exception):
    def __init__(self,value):
        self.value =value 
    def __str__(self):
        return repr(self,value)
try:
    raise MyError(100)
except MyError as e:
    print("发生异常的数值为：",e.value)
##结果
发生异常的数值为： 100

七、上下文管理语句

上下文管理语句with就可以实现语句块执行前的准备动作以及执行后的收尾动作。
with <上下文管理表达式> []:
<语句块>
<上下文管理表达式>是支持上下文管理协议的对象，eg：file、thread、LockType、threading.Lock，负责维护上下文环境
以变量的方式保存上下文管理对象。

with open('hello.txt','w') as f:
    f.write('hello')
    f.writr('Python')
文件操作完成之后可以没有close()语句关闭文件，当程序完成的时候，文件会自动关闭。

八、程序调试

8.1 使用assert语句

assert <测试码> [,参数]
测试码是一段返回True或False的程序代码。如果测试码返回True，则继续运行后面的程序代码；如果测试码返回False，assert语句就会输出一个AssertionError异常，并输出assert语句的 [参数] 作为错误信息字符串。


a= 100
assert(a !=0),"Error ,a =0 "
a= 0
assert(a !=0),"Error ,a =0 "
##结果
Traceback (most recent call last):
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 234, in <module>
    assert(a !=0),"Error ,a =0 "
AssertionError: Error ,a =0
try:
    x = int(input("x:"))
    y = int(input("y:"))
    s = "两次输入的数据不相等"
    assert x==y,s  ##如果不相等的话，就会出现expect，抛出异常，
except AssertionError:
    print(s)
##结果
x:55
y:66
两次输入的数据不相等
PS C:\Users\lh> & C:/Users/lh/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe e:/pythonstduy/iter.py
x:55
y:55

8.2 debug内置变量

Python解释器有一个内置变量debug，debug在正常情况下的值为True。

print(__debug__)
##结果
True

当用户以最佳化模式启动Python解释器的时候，debug的值为False。

PS C:\Users\lh> python -O
Python 3.7.6 (tags/v3.7.6:43364a7ae0, Dec 19 2019, 00:42:30) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> __debug__
False

用户是不可以设置debug的值

__debug__ = False
##结果
    __debug__ = False
    ^
SyntaxError: assignment to keyword

debug也可以用来调试程序

if __debug__:
    if not (<测试码>):
        raise AssertionError[,参数]

例子

import types
def checkType(arg):
    if __debug__:
        if not (type(arg)==str):
            raise AssertionError("参数的类型不是字符串")
checkType(10)
##结果
Traceback (most recent call last):
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 244, in <module>
    checkType(10)
  File "e:/pythonstduy/iter.py", line 243, in checkType
    raise AssertionError("参数的类型不是字符串")
AssertionError: 参数的类型不是字符串