异常简介
异常是程序运行时出现的错误。在Python中，当出现错误时，程序会创建一个异常对象。如果异常没有被处理，程序将会终止并显示一个错误信息。
异常示例
# 常见的异常情况
print(10 / 0) # ZeroDivisionError: division by zero
name = "Python"
print(name[10]) # IndexError: string index out of range
number = int("abc") # ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'
import nonexistent_module # ModuleNotFoundError: No module named 'nonexistent_module'
常见异常类型
Python内置了许多异常类型，以下是一些常见的异常：
内置异常
SyntaxError: 语法错误NameError: 使用未定义的变量TypeError: 类型错误ValueError: 值错误IndexError: 索引超出范围KeyError: 字典中不存在的键FileNotFoundError: 文件不存在ZeroDivisionError: 除以零AttributeError: 访问不存在的属性ImportError: 导入模块失败
异常层次结构
BaseException
├── SystemExit
├── KeyboardInterrupt
├── GeneratorExit
└── Exception
├── StopIteration
├── ArithmeticError
│ ├── FloatingPointError
│ ├── OverflowError
│ └── ZeroDivisionError
├── AssertionError
├── AttributeError
├── BufferError
├── EOFError
├── ImportError
│ └── ModuleNotFoundError
├── LookupError
│ ├── IndexError
│ └── KeyError
├── MemoryError
├── NameError
├── OSError
│ ├── FileNotFoundError
│ ├── PermissionError
│ └── TimeoutError
├── RuntimeError
├── SyntaxError
├── TypeError
└── ValueError
try-except语句
try-except语句用于捕获和处理异常。try块中放置可能产生异常的代码，except块中放置处理异常的代码。
基本语法
# 基本的try-except结构
try:
# 可能产生异常的代码
number = int(input("请输入一个数字："))
result = 100 / number
print(f"100除以{number}等于{result}")
except ValueError:
print("输入无效，请输入一个数字")
except ZeroDivisionError:
print("除数不能为零")
except: # 捕获所有其他异常
print("发生了其他错误")
# 使用as关键字获取异常对象
try:
with open("nonexistent.txt") as f:
content = f.read()
except FileNotFoundError as e:
print(f"错误信息：{e}")
print(f"错误类型：{type(e).__name__}")
多个异常处理
def safe_convert_to_number(value):
"""安全地将输入转换为数字"""
try:
# 尝试转换为整数
return int(value)
except ValueError:
try:
# 如果转换整数失败，尝试转换为浮点数
return float(value)
except ValueError:
# 如果都失败了，返回None
return None
# 使用示例
inputs = ["123", "45.67", "abc", "0", "12.0"]
for value in inputs:
result = safe_convert_to_number(value)
if result is None:
print(f"无法将 '{value}' 转换为数字")
else:
print(f"转换结果：{result}")
finally子句
finally子句中的代码无论是否发生异常都会执行，通常用于清理资源。
使用finally
def read_file_safely(filename):
"""安全地读取文件内容"""
f = None
try:
f = open(filename, 'r', encoding='utf-8')
return f.read()
except FileNotFoundError:
print(f"文件 {filename} 不存在")
return None
except Exception as e:
print(f"读取文件时发生错误：{e}")
return None
finally:
if f is not None:
f.close()
print("文件已关闭")
# 使用with语句（推荐）
def read_file_with_with(filename):
"""使用with语句读取文件"""
try:
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
return f.read()
except FileNotFoundError:
print(f"文件 {filename} 不存在")
return None
except Exception as e:
print(f"读取文件时发生错误：{e}")
return None
抛出异常
使用raise语句可以主动抛出异常。当程序出现不符合要求的情况时，可以抛出异常来提醒调用者。
使用raise
def divide(a, b):
"""除法函数"""
if not isinstance(a, (int, float)) or not isinstance(b, (int, float)):
raise TypeError("参数必须是数字")
if b == 0:
raise ValueError("除数不能为零")
return a / b
def calculate_square_root(number):
"""计算平方根"""
if number < 0:
raise ValueError("不能计算负数的平方根")
return number ** 0.5
# 使用示例
try:
result = divide(10, "2")
except TypeError as e:
print(f"类型错误：{e}")
try:
result = calculate_square_root(-4)
except ValueError as e:
print(f"值错误：{e}")
实践练习
以下是一些练习题，帮助你更好地理解异常处理：
练习1：安全的列表访问
def safe_get_element(lst, index, default=None):
"""安全地获取列表元素"""
try:
return lst[index]
except IndexError:
return default
# 测试代码
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
print(safe_get_element(numbers, 1)) # 输出: 2
print(safe_get_element(numbers, 10)) # 输出: None
print(safe_get_element(numbers, -1)) # 输出: 5
print(safe_get_element(numbers, 3, 0)) # 输出: 4
练习2：用户输入验证
def get_valid_age():
"""获取有效的年龄输入"""
while True:
try:
age = int(input("请输入你的年龄："))
if age < 0 or age > 150:
raise ValueError("年龄必须在0到150之间")
return age
except ValueError as e:
if str(e).startswith("年龄必须在"):
print(e)
else:
print("请输入有效的数字")
except KeyboardInterrupt:
print("\n程序已取消")
return None
# 使用示例
age = get_valid_age()
if age is not None:
print(f"你的年龄是：{age}")
练习3：文件处理
def process_file(filename):
"""处理文件内容"""
try:
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as f:
lines = f.readlines()
# 处理每一行
numbers = []
for i, line in enumerate(lines, 1):
try:
number = float(line.strip())
numbers.append(number)
except ValueError:
print(f"第{i}行不是有效的数字：{line.strip()}")
# 计算统计信息
if numbers:
average = sum(numbers) / len(numbers)
maximum = max(numbers)
minimum = min(numbers)
return {
'count': len(numbers),
'average': average,
'max': maximum,
'min': minimum
}
return None
except FileNotFoundError:
print(f"文件 {filename} 不存在")
except Exception as e:
print(f"处理文件时发生错误：{e}")
return None
# 使用示例
result = process_file('numbers.txt')
if result:
print("文件统计信息：")
print(f"数字个数：{result['count']}")
print(f"平均值：{result['average']:.2f}")
print(f"最大值：{result['max']}")
print(f"最小值：{result['min']}")