12.1 什么是异常？

在程序运行过程中，难免会出现各种错误。例如，试图打开一个不存在的文件、除以零、访问列表中不存在的索引等，这些错误在 Python 中被称为异常（Exception）。

当程序发生异常时，如果没有进行处理，程序会终止运行并抛出错误信息。例如：

# 除以零，会引发ZeroDivisionError异常

print(10 / 0)

运行结果：

Traceback (most recent call last):

File "test.py", line 1, in <module>

print(10 / 0)

ZeroDivisionError: division by zero

异常处理的目的是捕获程序运行中可能出现的错误，并进行相应的处理（如提示用户、记录日志等），而不是让程序直接崩溃，从而提高程序的健壮性。

12.2 异常处理的基本语法（try-except）

Python 使用try-except语句来处理异常，基本语法如下：

try:

# 可能发生异常的代码块

except 异常类型:

# 当发生指定类型的异常时，执行的代码块

执行流程：

1. 执行try块中的代码。

2. 如果try块中没有发生异常，则跳过except块，继续执行后续代码。

3. 如果try块中发生了指定类型的异常，则立即停止执行try块，转而执行except块中的代码。

4. 如果发生的异常类型与except指定的类型不匹配，则程序仍然会终止并抛出错误。

示例：处理除以零的异常

try:

num1 = 10

num2 = 0

result = num1 / num2 # 此处会发生ZeroDivisionError异常

print("计算结果：", result) # 发生异常后，这句代码不会执行

except ZeroDivisionError:

print("错误：除数不能为零！")

print("程序继续执行...") # 异常被处理后，程序会继续执行这句

运行结果：

错误：除数不能为零！

程序继续执行...

12.3 捕获多种异常

一个try块中可能发生多种类型的异常，可以使用多个except块分别处理不同的异常，也可以在一个except块中处理多种异常。

12.3.1 多个 except 块

try:

# 可能发生多种异常的代码

num = int(input("请输入一个整数："))

result = 10 / num

print("结果：", result)

except ValueError:

print("错误：输入的不是有效的整数！")

except ZeroDivisionError:

print("错误：除数不能为零！")

运行示例 1（输入非整数）：

请输入一个整数：abc

错误：输入的不是有效的整数！

运行示例 2（输入 0）：

请输入一个整数：0

错误：除数不能为零！

运行示例 3（输入 5）：

请输入一个整数：5

结果：2.0

12.3.2 一个 except 块处理多种异常

可以将多种异常类型放在一个元组中，用一个except块处理：

try:

num = int(input("请输入一个整数："))

result = 10 / num

print("结果：", result)

except (ValueError, ZeroDivisionError):

print("错误：输入无效或除数为零！")

这种方式适合对多种异常进行相同处理的场景，但无法区分具体是哪种异常。

12.4 获取异常信息

在处理异常时，有时需要获取异常的详细信息（如错误原因），可以使用as关键字将异常对象赋值给一个变量。

try:

10 / 0

except ZeroDivisionError as e:

print("发生异常：", e) # 打印异常信息

print("异常类型：", type(e)) # 打印异常类型

运行结果：

发生异常：division by zero

异常类型：<class 'ZeroDivisionError'>

示例：处理文件打开异常并获取信息

try:

with open("nonexistent.txt", "r") as file:

content = file.read()

except FileNotFoundError as e:

print(f"文件操作错误：{e}")

运行结果：

文件操作错误：[Errno 2] No such file or directory: 'nonexistent.txt'

12.5 else 子句

try-except语句可以搭配else子句，else块中的代码会在try块没有发生异常时执行。

try:

num = int(input("请输入一个正数："))

if num <= 0:

raise ValueError("输入的数不是正数") # 主动抛出异常（后面会讲解）

except ValueError as e:

print("错误：", e)

else:

# 只有当try块没有异常时，才会执行else块

print(f"你输入的正数是：{num}")

运行示例 1（输入负数）：

请输入一个正数：-5

错误：输入的数不是正数

运行示例 2（输入正数）：

请输入一个正数：10

你输入的正数是：10

else子句的作用是将 “可能发生异常的代码” 和 “正常执行的代码” 分开，使程序结构更清晰。

12.6 finally 子句

try-except语句还可以搭配finally子句，finally块中的代码无论是否发生异常都会执行，通常用于释放资源（如关闭文件、断开数据库连接等）。

try:

file = open("test.txt", "r")

content = file.read()

print("文件内容：", content)

except FileNotFoundError:

print("错误：文件不存在")

finally:

# 无论是否发生异常，都会执行finally块，确保文件关闭

if 'file' in locals() and not file.closed:

file.close()

print("文件已关闭")

运行示例 1（文件存在）：

文件内容：Hello, World!

文件已关闭

运行示例 2（文件不存在）：

错误：文件不存在

文件已关闭

在实际开发中，finally常用来处理必须执行的清理操作，即使程序发生异常也不会遗漏。

12.7 主动抛出异常（raise 语句）

除了处理程序运行中自动产生的异常，还可以使用raise语句主动抛出异常，用于在满足特定条件时告知程序发生了错误。

语法如下：

raise 异常类型(异常信息)

示例：判断年龄是否合法

def check_age(age):

if not isinstance(age, int):

# 主动抛出TypeError异常

raise TypeError("年龄必须是整数")

if age < 0 or age > 150:

# 主动抛出ValueError异常

raise ValueError("年龄必须在0到150之间")

print(f"年龄{age}是合法的")

try:

check_age(200)

except (TypeError, ValueError) as e:

print("错误：", e)

运行结果：

错误：年龄必须在0到150之间

主动抛出异常可以使函数或方法的错误处理更明确，让调用者知道需要处理哪些可能的错误。

12.8 自定义异常

Python 允许定义自己的异常类，即自定义异常，用于表示特定业务场景下的错误。自定义异常需要继承自Exception类（或其子类）。

示例：定义一个表示余额不足的异常

# 自定义异常类，继承自Exception

class InsufficientFundsError(Exception):

"""表示账户余额不足的异常"""

def __init__(self, balance, amount):

self.balance = balance # 当前余额

self.amount = amount # 尝试支出的金额

super().__init__(f"余额不足：当前余额{balance}，尝试支出{amount}")

# 使用自定义异常

def withdraw(balance, amount):

if amount > balance:

# 抛出自定义异常

raise InsufficientFundsError(balance, amount)

return balance - amount

try:

new_balance = withdraw(100, 150)

print(f"取款成功，新余额：{new_balance}")

except InsufficientFundsError as e:

print("取款失败：", e)

运行结果：

取款失败：余额不足：当前余额100，尝试支出150

自定义异常可以使异常信息更贴合具体业务，提高代码的可读性和可维护性。

12.9 示例：异常处理的综合应用

实现一个简易的计算器，支持加、减、乘、除运算，并处理各种可能的异常（如输入非数字、除数为零等）。

def calculator():

print("简易计算器（支持 + - * /）")

try:

# 获取用户输入并转换为数字

num1 = float(input("请输入第一个数字："))

operator = input("请输入运算符（+ - * /）：")

num2 = float(input("请输入第二个数字："))

# 执行计算

if operator == "+":

result = num1 + num2

elif operator == "-":

result = num1 - num2

elif operator == "*":

result = num1 * num2

elif operator == "/":

if num2 == 0:

# 主动抛出除数为零的异常

raise ZeroDivisionError("除数不能为零")

result = num1 / num2

else:

# 主动抛出不支持的运算符异常

raise ValueError(f"不支持的运算符：{operator}")

print(f"结果：{num1} {operator} {num2} = {result}")

except ValueError as e:

print(f"输入错误：{e}")

except ZeroDivisionError as e:

print(f"计算错误：{e}")

except Exception as e:

# 捕获其他未预料到的异常

print(f"发生未知错误：{e}")

else:

print("计算完成！")

finally:

print("计算器会话结束。\n")

# 运行计算器

calculator()

运行示例 1（正常计算）：

简易计算器（支持 + - * /）

请输入第一个数字：10

请输入运算符（+ - * /）：*

请输入第二个数字：5

结果：10.0 * 5.0 = 50.0

计算完成！

计算器会话结束。

运行示例 2（输入非数字）：

简易计算器（支持 + - * /）

请输入第一个数字：abc

输入错误：could not convert string to float: 'abc'

计算器会话结束。

运行示例 3（除数为零）：

简易计算器（支持 + - * /）

请输入第一个数字：10

请输入运算符（+ - * /）：/

请输入第二个数字：0

计算错误：除数不能为零

计算器会话结束。

12.10 小结

本章我们学习了 Python 中的异常处理，包括异常的概念、try-except语句的基本用法、捕获多种异常、获取异常信息，以及else和finally子句的作用。此外，还学习了如何使用raise语句主动抛出异常和定义自定义异常。

异常处理是编写健壮程序的关键技术，它可以帮助我们捕获和处理程序运行中可能出现的错误，避免程序意外崩溃。在实际开发中，应根据具体场景合理使用异常处理，既不能忽略可能的异常，也不要过度捕获异常（掩盖真正的错误）。

下一章，我们将学习 Python 中的模块和包，了解如何组织和重用代码。