2.5.5　Python異常處理與程序調(diào)試異常

Exception是任何語言必定存在的一部分。Python提供了強(qiáng)大的異常處理機(jī)制，可通過捕獲異常來提高程序的健壯性。異常處理還具有釋放對象、中止循環(huán)的運行等作用。在程序運行的過程中，如果發(fā)生了錯誤，可以事先約定返回一個錯誤代碼，這樣就可以知道是否有錯，以及出錯的原因。在操作系統(tǒng)提供的調(diào)用中，返回錯誤碼非常常見。比如打開文件的函數(shù)open()，成功時返回文件描述符（就是一個整數(shù)），出錯時返回-1值。用錯誤碼來表示是否出錯十分不便，因為應(yīng)該返回的正常結(jié)果會和錯誤碼混在一起，造成調(diào)用者必須用大量的代碼來判斷是否出錯。一旦出錯，還要一級一級上報，直到某個函數(shù)可以處理該錯誤（比如，給用戶輸出一個錯誤信息）。所以高級語言通常都內(nèi)置了一套try...except...finally...的錯誤處理機(jī)制，Python也不例外。

1.try...except語句

try...except語句用于處理問題語句，捕獲可能存在的異常。try子句中的代碼塊用于放置可能出現(xiàn)異常的語句，except子句中的代碼塊用于處理異常。當(dāng)異常出現(xiàn)時，Python會自動生成一個異常對象。該對象包括異常的具體信息，以及異常的種類和錯誤位置。我們舉個簡單的例子：

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#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-

try:
    open('test.txt','r')
    #嘗試獲取一個不存在的文件
    print "該文件是正常的"
except IOError:
#捕獲I/O異常,如果是Python 3.7版本,這里是FileNotFoundError異常
    print "該文件不存在"
except:
    print "程序異常！"
#其他異常情況

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try...except語句后面還可以添加一個finally語句，這種方式主要用于無論異常是否發(fā)生，finally子句都會被執(zhí)行的情況。所有的finally子句都用于關(guān)閉因異常而不能釋放的系統(tǒng)資源。還是以上面的例子為例，在后面加上finally子句：

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#!/usr/bin/env python
#-*- coding:utf-8 -*-

try:
    f = open('test1.py','r')
    try:
        print f.read()
    except:
        print "該文件是正常的"
    finally:
        print "釋放資源"
        f.close()
except IOError:
    print "文件不存在！"

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我們用finally語句的本意是想關(guān)閉因異常而不能釋放的系統(tǒng)資源，比如關(guān)閉文件。但隨著語句的增多，try...finally顯然不夠簡潔，用with...as（上下文管理器）語句可以很簡潔地實現(xiàn)以上功能：

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with open('test1.py','w') as f:
    f.write('Hello ')
    f.write('World')

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這樣不僅能處理出現(xiàn)異常的情況，而且還可以避免出現(xiàn)在open()一個文件后忘記寫close()方法的情況。

此外，當(dāng)程序中出現(xiàn)錯誤時，Python會自動引發(fā)異常，也可以通過raise語句顯式地引發(fā)異常。一旦執(zhí)行了raise語句，raise語句后的代碼將不能被執(zhí)行。示例如下：

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#!/usr/bin/env python
#-*- encoding:utf-8 -*-

try:
    s = None
    if s is None:
        print "s是對空對象"
    print len(s)
except TypeError:
    print "空對象是沒有長度的"

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第三行程序判斷變量s的值是否為空，如果為空，則拋出異常NameError；由于執(zhí)行了NameError異常，所以該代碼后的代碼將不會被執(zhí)行。

2.調(diào)試

當(dāng)程序中出現(xiàn)異常或錯誤時，最后的解決方法就是調(diào)試程序，那么一般包含哪些方法呢？通常有如下5種方法：

·編輯器自帶的調(diào)試功能

·print方法

·斷言（assert）方法

·logging模塊

·pdb方法

Python的專業(yè)編程器，例如PyCharm IDE本身就帶了Python程序的Debug調(diào)試功能，這里就不進(jìn)行詳細(xì)說明了，下面只針對其余幾種情況來說明。

（1）print方法

print方法很好理解，這也是我們寫程序經(jīng)常用到的一種方法，即我們認(rèn)為某變量有問題或需要知道某變量時，將它打印出來即可，雖然簡單粗暴，但確實有效。但這樣也會帶來一個問題，復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯中會有大量變量，這樣程序中會充斥著大量的print語句，如果調(diào)試完成以后不注意清理，也會帶來很多問題。

（2）斷言方法

assert語句用于檢測某個條件表達(dá)式是否為真。

用assert代替print是種很好的選擇？想想我們的程序里到處都是print，運行結(jié)果也會包含很多垃圾信息。理論上，程序中有print出現(xiàn)的地方，都可以用assert來代替。如果assert語句斷言失敗，則會引發(fā)AssertionError異常。

舉個簡單的例子：

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a = 'hello'
assert len(a) == 1

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執(zhí)行下面這段代碼，會報錯：

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AssertionError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-ce3ea8375b99> in <module>()
----> 1 assert len(t) <= 1
AssertionError:

---

（3）logging模塊

當(dāng)Python程序的代碼量達(dá)到一定數(shù)量時，使用logging就是一種好的選擇。logging不僅能輸出到控制臺，還能寫入文件，且能使用TCP協(xié)議將日志信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，功能十分強(qiáng)大。示例如下：

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#!/usr/bin/env python
import logging

logging.debug('debug message')
logging.info('info message')
logging.warn('warn message')
logging.error('error message')
logging.critical('critical message')

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執(zhí)行下面這段代碼，結(jié)果如下：

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WARNING:root:warn message
ERROR:root:error message
CRITICAL:root:critical message

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默認(rèn)情況下，logging模塊會將日志打印到屏幕上，日志級別為WARNING（即只有日志級別高于WARNING的信息才會輸出），我們可以在合理的程序中使用logging模塊代替print命令，這樣寫出來的程序在排錯時會非常高效。

（4）pdb方法

使用Python的調(diào)試器pdb可讓程序以單步的方法運行，以便隨時查看程序的執(zhí)行狀態(tài)。

我們先故意寫一個有問題的Python程序，名字叫err.py，內(nèi)容如下：

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#!/usr/bin/env python
s = '0'
n = int(s)
print 10/n

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然后在Linux環(huán)境下以pdb模式執(zhí)行程序，如下：

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python -m pdb test0.py

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l表示可以查看代碼全部完整內(nèi)容，n是一步一步執(zhí)行代碼，p +變量名表示可以隨時打印程序中的變量名，這里大家自行演示。

雖然這些方法都有各自的好處，但隨著我們開發(fā)的項目越來越多，代碼量越來越大時，大家會發(fā)現(xiàn)，logging模塊才是最有效率的辦法。