深入理解Python異常處理的哲學(xué)

更新時(shí)間：2019年02月01日 10:01:35 作者：alpha_panda

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Python異常處理的哲學(xué)，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

所謂異常指的是程序的執(zhí)行出現(xiàn)了非預(yù)期行為，就好比現(xiàn)實(shí)中的做一件事過程中總會(huì)出現(xiàn)一些意外的事。異常的處理是跨越編程語言的，和具體的編程細(xì)節(jié)相比，程序執(zhí)行異常的處理更像是哲學(xué)。限于認(rèn)知能力和經(jīng)驗(yàn)所限，不可能達(dá)到像解釋器下import this看到的python設(shè)計(jì)之禪一樣，本文就結(jié)合實(shí)際使用簡(jiǎn)單的聊一聊。

0. 前言

工作中，程序員之間一言不合就亮代碼，畢竟不管是代碼本身還是其執(zhí)行過程，不會(huì)存在二義性，更不會(huì)含糊不清，代碼可謂是程序員之間的官方語言。但是其處理問題的邏輯或者算法則并非如此。

讓我至今記憶猶新的兩次程序員論劍有：

反問一：項(xiàng)目后期所有的異常處理都要去掉，不允許上線后出現(xiàn)未知的異常，把你這里的異常處理去掉，換成if else；

反問二：這里為什么要進(jìn)行異常處理？代碼都是你寫的，怎么會(huì)出現(xiàn)異常呢？

這是我親身經(jīng)歷的，不知道大家碰到這兩個(gè)問題會(huì)怎樣回答，至少我當(dāng)時(shí)竟無言以對(duì)。這兩個(gè)問題分別在不同的時(shí)間針對(duì)不同的問題出自一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭中某個(gè)資深QA和資深開發(fā)的反問。

暫且不論對(duì)錯(cuò)，畢竟不同人考慮問題的出發(fā)點(diǎn)是不同的。但是從這么堅(jiān)決的去異常處理的回答中至少有一點(diǎn)可以肯定，那就是很多人對(duì)自己的代碼太過自信或者說是察覺代碼潛在問題的直覺力不夠，更別提正確的處理潛在的問題以保證重要業(yè)務(wù)邏輯的處理流程。寫代碼的時(shí)候如果只簡(jiǎn)單考慮正常的情況，那是在往代碼中下毒。

接下類本篇博文將按照套路出牌（避免被Ctrl + W），介紹一下python的異常處理的概念和具體操作.

1. 為什么要異常處理

常見的程序bug無非就兩大類：

語法錯(cuò)誤；
邏輯不嚴(yán)謹(jǐn)或者思維混亂導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤；

顯然第二種錯(cuò)誤更難被發(fā)現(xiàn)，且后果往往更嚴(yán)重。無論哪一種bug，有兩種后果等著我們：一、程序崩掉；二、執(zhí)行結(jié)果不符合預(yù)期；

對(duì)于一些重要關(guān)鍵的執(zhí)行操作，異常處理可以控制程序在可控的范圍執(zhí)行，當(dāng)然前提是正確的處理。

比如我們給第三方提供的API或者使用第三方提供的API。多數(shù)情況下要正確的處理調(diào)用者錯(cuò)誤的調(diào)用參數(shù)和返回異常結(jié)果的情況，不然就可能要背黑鍋了。

在不可控的環(huán)境中運(yùn)行程序，異常處理是必須的。然而困難的地方是當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，如何進(jìn)行處理。

2. python異常處理

下面逐步介紹一下python異常處理相關(guān)的概念。

2.1 異常處理結(jié)構(gòu)

必要的結(jié)構(gòu)為try ... except，至少有一個(gè)except，else 和 finally 可選。

try:
 code blocks
except (Exception Class1, Exception Class2, ...) as e:
 catch and process exception
except Exception ClassN:
 catch and process exception
... ...
else:
 when nothing unexpected happened 
finally:
 always executed when all to end

2.2 python 內(nèi)置異常類型

模塊exceptions中包含了所有內(nèi)置異常類型，類型的繼承關(guān)系如下:

BaseException
 +-- SystemExit
 +-- KeyboardInterrupt
 +-- GeneratorExit
 +-- Exception
 +-- StopIteration
 +-- StandardError
 | +-- BufferError
 | +-- ArithmeticError
 | | +-- FloatingPointError
 | | +-- OverflowError
 | | +-- ZeroDivisionError
 | +-- AssertionError
 | +-- AttributeError
 | +-- EnvironmentError
 | | +-- IOError
 | | +-- OSError
 | |  +-- WindowsError (Windows)
 | |  +-- VMSError (VMS)
 | +-- EOFError
 | +-- ImportError
 | +-- LookupError
 | | +-- IndexError
 | | +-- KeyError
 | +-- MemoryError
 | +-- NameError
 | | +-- UnboundLocalError
 | +-- ReferenceError
 | +-- RuntimeError
 | | +-- NotImplementedError
 | +-- SyntaxError
 | | +-- IndentationError
 | |  +-- TabError
 | +-- SystemError
 | +-- TypeError
 | +-- ValueError
 |  +-- UnicodeError
 |  +-- UnicodeDecodeError
 |  +-- UnicodeEncodeError
 |  +-- UnicodeTranslateError
 +-- Warning
  +-- DeprecationWarning
  +-- PendingDeprecationWarning
  +-- RuntimeWarning
  +-- SyntaxWarning
  +-- UserWarning
  +-- FutureWarning
 +-- ImportWarning
 +-- UnicodeWarning
 +-- BytesWarning

2.3 except clause

excpet子句的常用的寫法如下：

except:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　# 默認(rèn)捕獲所有類型的異常
except Exception Class:　　　　　　　　　　　　　　　　　 # 捕獲Exception Class類型的異常
except Exception Class as e:　　　　　　　　　　　　　　　 # 捕獲Exception Class類型的異常，異常對(duì)象賦值到e
except (Exception Class1, Exception Class2, ...) as e:　　　　 # 捕獲列表中任意一種異常類型

上面的異常類可以是下面python內(nèi)置異常類型，也可以是自定義的異常類型。

2.4 異常匹配原則

所有except子句按順序一一匹配，匹配成功則忽略后續(xù)的except子句；
若拋出異常對(duì)象為except子句中給出的異常類型的對(duì)象或給出的異常類型的派生類對(duì)象，則匹配成功；
如果所有的except子句均匹配失敗，異常會(huì)向上傳遞；
如果依然沒有被任何try...except捕獲到，程序在終止前會(huì)調(diào)用sys.excepthook進(jìn)行處理；

2.5 else & finally

如果沒有異常發(fā)生，且存在else子句，則執(zhí)行else子句。只要存在finally子句，無論任何情況下都會(huì)被執(zhí)行。

可能唯一不好理解的地方就是finally。沒有異常、捕獲異常、異常上傳以及異常處理過程中發(fā)生異常等均會(huì)執(zhí)行finally語句。

下面看個(gè)例子：

def division(a, b):
 try:
 print'res = %s' % (a / b)
 except (ZeroDivisionError, ArithmeticError) as e:
 return str(e)　　# 注意此處使用的是return
 else:
 print '%s / %s = %s' % (a, b, a / b)
 finally:
 print 'finally clause'

分別輸入?yún)?shù)（1, 2），（1, 0）和（1，“0”）執(zhí)行：

print 'return value: %s' % division(a, b)

得到的結(jié)果如下：

res = 0
/ 2 = 0
finally clause
return value: None

finally clause
return value: integer division or modulo by zero

finally clause
Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 217, in <module>
print 'return value: %s' % division(1, "0")
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 208, in division
print'res = %s' % (a / b)
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'int' and 'str'

可以看到縱使程序發(fā)生異常且沒有被正確處理，在程序終止前，finally語句依舊被執(zhí)行了?？梢詫⒋丝醋龀绦虬踩淖詈笠坏烙行琳?。主要進(jìn)行一些善后清理工作，比如資源釋放、斷開網(wǎng)絡(luò)連接等。當(dāng)然with聲明可以自動(dòng)幫我們進(jìn)行一些清理工作。

2.6 raise拋出異常

程序執(zhí)行過程中可以使用raise主動(dòng)的拋出異常.

try:
e = Exception('Hello', 'World')
e.message = 'Ni Hao!'
raise e
except Exception as inst:
print type(inst), inst, inst.args, inst.message

結(jié)果：<type 'exceptions.Exception'> ('Hello', 'World') ('Hello', 'World') Ni Hao!

上面展示了except對(duì)象的屬性args, message。

2.7 自定義異常

絕大部分情況下內(nèi)置類型的異常已經(jīng)能夠滿足平時(shí)的開發(fā)使用，如果想要自定義異常類型，可以直接繼承內(nèi)置類型來實(shí)現(xiàn)。

class ZeroDivZeroError(ZeroDivisionError):
 def __init__(self, value):
 self.value = value
 def __str__(self):
 return repr(self)
 def __repr__(self):
 return self.value

try:
 # do something and find 0 / 0
 raise ZeroDivZeroError('hahajun')
except ZeroDivZeroError as err:
 print 'except info %s' % err

自定義異常應(yīng)該直接繼承自Exception類或其子類，而不要繼承自BaseException.

3. Stack Trace

python執(zhí)行過程中發(fā)生異常，會(huì)告訴我們到底哪里出現(xiàn)問題和什么問題。這兩種類型的錯(cuò)誤信息分別為stack trace和 exception，在程序中分別用traceback object和異常對(duì)象表示。

Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 270, in <module>
1 / 0
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

上面的錯(cuò)誤信息包含錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)當(dāng)前的堆棧信息(stack trace，前三行)和異常信息(exception，最后一行)，分別存放在traceback objects和拋出的異常對(duì)象中。

異常對(duì)象及異常信息前面已經(jīng)介紹過，接下來我們?cè)诳匆幌庐惓０l(fā)生時(shí)，stack trace的處理。

Traceback objects represent a stack trace of an exception. A traceback object is created when an exception occurs.

這時(shí)有兩種情況：

異常被try...except捕獲
沒有被捕獲或者干脆沒有處理

正常的代碼執(zhí)行過程，可以使用traceback.print_stack()輸出當(dāng)前調(diào)用過程的堆棧信息。

3.1 捕獲異常

對(duì)于第一種情況可以使用下面兩種方式獲取stack trace信息：

trace_str = traceback.format_exc()

或者從sys.exc_info()中獲取捕獲的異常對(duì)象等的信息，然后格式化成trace信息。

def get_trace_str(self):
 """
 從當(dāng)前棧幀或者之前的棧幀中獲取被except捕獲的異常信息;
 沒有被try except捕獲的異常會(huì)直接傳遞給sys.excepthook
 """
 t, v, tb = sys.exc_info()
 trace_info_list = traceback.format_exception(t, v, tb)
 trace_str = ' '.join(trace_info_list)

至于拋出的包含異常信息的異常對(duì)象則可以在try...except結(jié)構(gòu)中的except Exception class as e中獲取。

3.2 未捕獲異常

第二種情況，如果異常沒有被處理或者未被捕獲則會(huì)在程序推出前調(diào)用sys.excepthook將traceback和異常信息輸出到sys.stderr。

def except_hook_func(tp, val, tb):
 trace_info_list = traceback.format_exception(tp, val, tb)
 trace_str = ' '.join(trace_info_list)
 print 'sys.excepthook'
 print trace_str
sys.excepthook = except_hook_func

上面自定義except hook函數(shù)來取代sys.excepthook函數(shù)。在hook函數(shù)中根據(jù)異常類型tp、異常值和traceback對(duì)象tb獲取stack trace。這種情況下不能從sys.exc_info中獲取異常信息。

3.3 測(cè)試

def except_hook_func(tp, val, tb):
 trace_info_list = traceback.format_exception(tp, val, tb)
 trace_str = ' '.join(trace_info_list)
 print 'sys.excepthook'
 print trace_str
sys.excepthook = except_hook_func
try:
/ 0
except TypeError as e:
 res = traceback.format_exc()
 print "try...except"
 print str(e.message)
 print res

走的是sys.excepthook處理流程結(jié)果：

sys.excepthook
Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 259, in <module>
1 / 0
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

將except TypeError as e 改為 except ZeroDivisionError as e，則走的是try...except捕獲異常流程，結(jié)果如下：

try...except
integer division or modulo by zero
Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 259, in <module>
1 / 0
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

4. 異常信息收集

講了這么多，我們看一下如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)程序中trace信息的收集。

class TracebackMgr(object):

 def _get_format_trace_str(self, t, v, tb):
  _trace = traceback.format_exception(t, v, tb)
  return ' '.join(_trace)

 def handle_one_exception(self):
  """
  從當(dāng)前棧幀或者之前的棧幀中獲取被except捕獲的異常信息;
  沒有被try except捕獲的異常會(huì)自動(dòng)使用handle_traceback進(jìn)行收集
  """
  t, v, tb = sys.exc_info()
  self.handle_traceback(t, v, tb, False)

 def handle_traceback(self, t, v, tb, is_hook = True):
  """
  將此函數(shù)替換sys.excepthook以能夠自動(dòng)收集沒有被try...except捕獲的異常，
  使用try except處理的異常需要手動(dòng)調(diào)用上面的函數(shù)handle_one_exception才能夠收集
  """
  trace_str = self._get_format_trace_str(t, v, tb)
  self.record_trace(trace_str, is_hook)
  # do something else

 def record_trace(self, trace_str, is_hook):
  # Do somethind
  print 'is_hook: %s' % is_hook
  print trace_str

其用法很簡(jiǎn)單：

trace_mgr = TracebackMgr()
sys.excepthook = trace_mgr.handle_traceback
try:
/ 0
except Exception as e:
 trace_mgr.handle_one_exception()
 # process trace
/ '0'

結(jié)果用兩種方式收集到兩個(gè)trace信息：

is_hook: False
Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 299, in <module>
/ 0
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero

is_hook: True
Traceback (most recent call last):
File "D:\My Folders\Cnblogs\Alpha Panda\Main.py", line 304, in <module>
/ '0'
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'int' and 'str'

可以將標(biāo)準(zhǔn)的輸入和輸出重定向，將打印日志和錯(cuò)誤信息輸入到文件中：

class Dumpfile(object):
 @staticmethod
 def write(str_info):
  with open('./dump_file.txt', 'a+') as fobj:
   fobj.write(str_info)

 def flush(self):
  self.write('')
sys.stdout = sys.stderr = Dumpfile()

trace的收集主要用到兩點(diǎn)：如何捕獲異常和兩種情況下異常信息的收集，前面都介紹過。

5. 總結(jié)

python 異常處理：