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13.1 异常概念
13.1.1 异常的概念
在生活中，使用计算机中的某个应用软件时，由于某种错误，可能会引发异常，如图所示。
在程序中，当Python检测到一个错误时，解释器就会指出当前流程已无法继续执行下去，这时就出现了异常。例如，使用print()函数输出一个未定义的变量值，具体如下所示：
在Python程序中，如果出现异常，而异常对象并未被捕获或处理，程序就会用自动回溯，返回一种错误信息，并终止执行，上述语句返回的错误信息如下：
上述信息提示name变量名未定义，NameError为Python的内建异常类。异常是指因为程序出错而在正常控制流以外采取的行为，即异常是一个事件，该事件可能会在程序执行过程中发生并影响程序的正常执行。
13.1.2 异常类
Python为了区分不同的异常，其中内置了许多异常类，常见的异常类如表所示。
在表中，BaseException是异常的*类，但用户定义的类不能直接继承这个类，而是要继承Exception。Exception类是与应用相关异常的顶层基类，除了系统退出事件类（SystemExit、KeyboardInterrupt和GeneratorExit）之外，几乎所有用户定义的类都应该继承自这个类，而不是BaseException类。
13.2 捕获与处理异常
为了防止程序运行中遇到异常而意外终止，开发时应对可能出现的异常进行捕获并处理。Python程序使用try、except、else、finally这4个关键字来实现异常的捕获与处理。
13.2.1 try-except语句
try-except语句可以捕获异常并进行处理，其语法格式如下：
当try语句块中某条语句出现异常时，程序就不再执行try语句块中后面的语句，而是直接执行except语句块，如例所示。
需要注意的是，上例程序只能捕捉except后面的异常类，如果发生其他类型异常，程序依然会终止。例如，运行上例程序，输入ab再回车，则程序出现错误，如图所示。
在图中，错误信息提示字符串类型不能转化为浮点型。为了保证程序正常运行，此时就需要捕获并处理多种异常，其语法格式如下：
在程序中，虽然开发者可以编写处理多种异常的代码，但异常是防不胜防的，很有可能再出现其他异常，此时就需要捕获并处理所有可能发生的异常，其语法格式如下：
如果程序发生了异常，但是没有找到匹配的异常类别，则执行不带任何匹配类型的except语句块。
13.2.2 使用as获取异常信息
为了区分不同的异常，可以使用as关键字来获取异常信息，其语法格式如下：
如果程序需要获取多种异常信息，则可以使用如下语法格式：
如果程序需要获取所有异常信息，则可以使用如下语法格式：
所有的异常类都继承自BaseException类，因此上述语句可以获取所有异常信息。
13.2.3 try-except-else语句
try-except-else语句用于处理未捕获到异常的情形，其语法格式如下：
如果try语句内出现了异常，则执行except语句块，否则执行else语句块。
接下来演示try-except-else语句的用法，如例所示。
13.2.4 try-finally语句
在try-finally语句中，无论try语句块中是否发生异常，finally语句块中的代码都会执行，其语法格式如下：
其中，finally语句块用于清理在try块中执行的操作，如释放其占有的资源（如文件对象、数据库连接、图形句柄等）。
另外，with-as语句可作为try-finally语句处理异常的替代，其语法格式如下：
该语句用于定义一个有终止或清理行为的情况，如释放线程资源、文件、数据库连接等，在这些场合下使用with语句将使代码更加简洁。
在讲解文件打开与关闭时，本书使用的就是with-as语句。with后面的表达式的结果将生成一个支持环境管理协议的对象，该对象中定义了__enter__() 和__exit__()方法。在with内部的语句块执行之前调用__enter__()方法运行构造代码，如果在as后面指定了一个变量，则将返回值和这个变量名绑定。当with内部语句块执行结束后，自动调用__exit__()方法，同时执行必要的清理工作，不管执行过程中有无异常发生。
以上学习了try-except语句、try-except-else语句和try-finally语句，在实际开发中，经常需要将3种语句结合起来使用，具体如下所示：
程序先执行try语句块，若try语句块中的某一语句执行时发生异常，则程序跳转到except语句，从上到下判断抛出的异常是否与except后面的异常类相匹配，并执行第一个匹配该异常的except后面的语句块。
若try语句块中发生了异常，但是没有找到匹配的异常类，则执行不带任何匹配类型的except语句块。
若没有发生任何异常，则程序在执行完try语句块后直接进入else语句块。
最后，无论程序是否发生异常，都会执行finally语句块。
13.3 触发异常
触发异常有两种情况：一种是程序执行中因为错误自动触发异常，另一种是显式地使用raise或assert语句手动触发异常。Python捕获与处理这两种异常的方式是相同的。本节主要介绍手动触发异常。
13.3.1 raise语句
raise语句可以手动触发异常，其使用方法有如下3种。
- 通过类名触发异常
该方法只需指明异常类便可创建异常类的实例对象并触发异常，其语法格式如下：
例如，手动触发语法错误异常，则可以使用以下语句：
程序运行时，输出以下信息： - 通过异常类的实例对象触发异常
该方法只需指明异常类的实例对象便可触发异常，其语法格式如下：
例如，手动触发除零导致的异常，则可以使用以下语句：
程序运行时，输出以下信息：
此外，该方法还可以指定异常信息，具体如下所示：
程序运行时，输出以下信息： - 重新触发异常
raise语句还可以重新触发异常，具体如下所示：
程序运行时，输出以下信息：
可以看出，程序执行了except语句块中的代码，其中的raise语句会重新触发ZeroDivisionError异常，但此时异常对象并未被捕获或处理，因此程序终止运行。
13.3.2 assert语句
assert语句（又称断言）是有条件的触发异常，其语法格式如下：
其中，当表达式为真时，不触发异常；当表达式为假时，触发AssertionError异常。若给定了参数部分，则在AssertionError后将参数部分作为异常信息的一部分给出。
assert语句的主要功能是帮助程序员调试程序，以保证程序运行的正确性，因此它一般在开发调试阶段使用。
接下来演示assert语句的用法，如例所示。
13.4 自定义异常
Python中内置的异常类毕竟有限，用户有时须根据需求需设置其他异常，如学生成绩不能为负数、限定密码长度等。自定义异常类一般继承于Exception或其子类，其命名一般以Error或Exception为后缀，如例所示。
13.5 回溯最后的异常
当触发异常时，Python可以回溯异常并提示许多信息，这可能会给程序员定位异常位置带来不便，因此，Python中可以使用sys模块中exc_info()函数来回溯最后一次异常信息，该函数返回一个元组(type, value/message, traceback)，每个元素的具体含义如下所示：
type：异常的类型。
value/message：异常的信息或者参数。
traceback：包含调用栈信息的对象。
接下来演示该函数的用法，如例所示。
13.6 小案例
计算test.txt文件中每行数字的总和与平均值，该文件可能不存在或为空，也可能某行不包含数字。程序中须捕获并处理可能发生的异常（不能使用with-as语句），具体实现如例所示。
本章小结
本章主要介绍了异常，包括异常的概念、触发异常、捕获与处理异常、自定义异常、回溯最后的异常。学习完本章知识，须理解异常处理的作用，即它使程序能够正常执行，不至于程序因异常导致退出或崩溃。