异常捕获与处理

看懂异常以后，还要判断这个问题应该直接修复，还是需要程序正常应对。哪些异常可以交给程序处理，处理后又应该给出什么响应？

用户输入了不能转换成数字的内容、第一次运行时数据文件还不存在，这些情况可以预期，程序可以给出提示或采用备用方案。变量名写错、属性名写错通常属于代码问题，应该找到原因并修复。

异常处理不是让错误消失，而是让程序在遇到可预期问题时作出明确响应。

异常处理边界

写 try...except 前，先判断异常是否属于程序能够正常应对的问题：

1. 这个问题在程序正常使用时是否可能出现？
2. 出现以后，程序是否有清楚、合理的处理办法？

例如：

情况	常见做法
用户输入的内容不能转成整数	提示用户重新输入
首次启动时数据文件不存在	使用空数据启动，或创建初始文件
网络请求暂时失败	提示稍后重试
变量名拼错导致 NameError	修改代码
调用了对象不存在的方法	检查对象和方法名

不要看到异常就立刻包一层 try...except。先读懂 Traceback，再决定处理位置和处理方式。

try...except 基础结构

先看一个最常见的需求：把用户输入转成整数。

try:
    number = int(input("请输入一个整数："))
except ValueError as error:
    print("输入内容不是有效的整数")
    print(error)

print("程序执行完毕")

执行过程如下：

1. Python 先执行 try 中的代码。
2. 输入可以转换成整数时，except 不会执行。
3. 输入 abc 时，int() 抛出 ValueError。
4. Python 跳到匹配的 except，输出提示。
5. 异常已经被处理，程序继续执行后面的代码。

as error 会把这一次的异常对象保存到变量中。需要查看 Python 提供的具体错误说明时，可以输出它；不需要使用异常对象时，也可以省略这一部分。

缩小 try 的范围

try 中只放确实可能抛出目标异常的代码。范围越清楚，越容易判断究竟是哪一步出了问题。

多异常分支

同一段代码可能遇到不同问题。处理方式不同时，分别编写 except；处理方式相同时，可以把异常类型写成元组。

分离异常分支

float() 接收普通字符串时可能抛出 ValueError，接收字典等不支持的对象时可能抛出 TypeError：

def convert_to_float(data):
    try:
        return float(data)
    except ValueError:
        print("当前内容不能转换成浮点数")
        return None
    except TypeError:
        print("请传入数字或字符串")
        return None

测试三种输入：

>>> convert_to_float("3.14")
3.14
>>> convert_to_float("abc")
当前内容不能转换成浮点数
>>> convert_to_float({"name": "正心"})
请传入数字或字符串

不同异常进入不同分支，因此可以给出更准确的提示。

异常类型合并

如果几种异常的处理动作完全一样，可以写成一个元组：

def convert_to_float(data):
    try:
        return float(data)
    except (ValueError, TypeError):
        print("参数必须是数字或数字字符串")
        return None

这里的括号不能省略：

except (ValueError, TypeError):

兜底异常处理

Exception 是很多常见异常的父类，可以作为最后的兜底分支：

try:
    number = int(input("请输入一个整数："))
except ValueError:
    print("输入内容不是有效的整数")
except Exception as error:
    print(f"出现了暂时无法处理的问题：{error}")

具体异常要写在前面，范围更大的 Exception 放在最后。平时不要直接这样写：

try:
    number = int(input("请输入一个整数："))
except Exception:
    pass

这段代码会把错误安静地吞掉，既没有处理结果，也没有留下排查线索。

成功分支与收尾动作

except 负责异常分支，else 负责成功分支，finally 负责最后一定要执行的动作。

else 成功分支

try:
    number = int(input("请输入一个整数："))
except ValueError:
    print("输入内容不是有效的整数")
else:
    print(f"转换结果：{number}")

只有 try 没有抛出异常时，else 才会执行。把成功后的操作放进 else，可以继续保持 try 的范围清楚。

finally 收尾分支

file = None

try:
    file = open("data.txt", encoding="utf-8")
    print(file.read())
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
finally:
    if file is not None:
        file.close()
    print("本次读取结束")

文件存在时会正常读取并关闭；文件不存在时会进入 except。无论结果如何，finally 都会执行。

前面已经学过的 with open(...) 更适合普通文件操作，因为它会自动关闭文件。finally 还可以用于其他必须执行的收尾动作，例如关闭连接、释放资源或恢复临时状态。

try 语句完整结构

try 语句可以由下面几部分组成：

try:
    # 可能抛出异常的代码
    pass
except ValueError as error:
    # 处理指定异常
    pass
except (TypeError, ZeroDivisionError) as error:
    # 多种异常使用相同处理方式
    pass
except Exception as error:
    # 最后的兜底处理
    pass
else:
    # 没有异常时执行
    pass
finally:
    # 无论结果如何都执行
    pass

实际代码不需要每次写全。根据需求选择 except、else 和 finally。

异常传递与处理边界

函数内部没有处理的异常，会沿调用过程继续向外传递：

def parse_score(text):
    return float(text)


def build_message(text):
    score = parse_score(text)
    return f"成绩：{score}"


def main():
    print(build_message("abc"))


main()

ValueError 从 parse_score() 依次传到 build_message() 和 main()，最后因为没有被处理而结束程序。上一章看到的多层 Traceback，记录的正是这条传递路径。

函数内部处理

如果函数的职责就是完成一次安全转换，可以在内部处理：

def convert_to_float(data):
    try:
        return float(data)
    except (ValueError, TypeError):
        return None

调用者需要知道 None 表示转换失败，不能继续把它当成浮点数使用。

外层统一处理

如果外层更清楚应该怎样提示用户，可以让异常继续传递：

def parse_score(text):
    return float(text)


try:
    score = parse_score("abc")
except ValueError:
    print("成绩必须是数字")

处理位置没有固定答案。把异常交给最清楚后续动作的那一层处理。

记录后重新抛出

有时当前层只负责记录问题，真正的处理仍然交给外层。这时可以使用 raise 继续抛出当前异常：

import logging


try:
    number = int("abc")
except ValueError:
    logging.exception("数字转换失败")
    raise

logging.exception() 应该在异常处理代码中使用，它会记录错误说明和完整 Traceback。单独写一个 raise，会继续抛出当前正在处理的异常。

综合案例：安全加载学生数据

需求： 为学生管理系统补充数据加载逻辑，分别处理数据文件不存在和 JSON 内容损坏两种情况。

功能分析： 文件不存在时使用空列表启动；文件内容损坏时记录完整 Traceback 并终止当前流程；读取成功时输出加载数量并返回学生列表。

沿用文件操作章节中的学生管理系统，实现这个加载函数：

import json
import logging
from pathlib import Path


logging.basicConfig(
    level=logging.ERROR,
    format="%(levelname)s | %(message)s",
)


def load_students(file_path):
    try:
        with file_path.open(encoding="utf-8") as file:
            students = json.load(file)
    except FileNotFoundError:
        print("学生数据文件不存在，使用空列表启动")
        return []
    except json.JSONDecodeError:
        logging.exception("学生数据文件格式错误")
        raise
    else:
        print(f"成功加载 {len(students)} 条学生信息")
        return students


def main():
    data_path = Path(__file__).with_name("students.json")
    student_list = load_students(data_path)
    print(student_list)


if __name__ == "__main__":
    main()

要观察读取成功的分支，在 main.py 同级目录中新建 students.json：

[
  {
    "name": "张三",
    "age": 18,
    "mobile": "13800000000"
  },
  {
    "name": "李四",
    "age": 19,
    "mobile": "13900000000"
  }
]

要观察文件不存在的分支，暂时将这个文件改名；要观察格式错误的分支，再把文件内容改成不完整的 JSON。每次运行前先确认当前文件状态。

这里对两种异常采用不同策略：

1. 文件不存在可能是第一次启动，因此返回空列表。
2. 文件存在但内容损坏时，不能把它当成空数据继续运行，否则后续保存可能覆盖原数据。程序先记录完整 Traceback，再继续抛出异常。
3. 文件正常读取时，else 输出加载结果并返回学生列表。

异常处理的目标不是让程序永远不停止，而是针对不同问题作出明确选择。

小结

本节重点掌握六件事：

1. 先判断异常是否属于程序能够正常应对的问题。
2. try 中只放可能抛出目标异常的代码。
3. 优先捕获具体异常，兜底的 Exception 放在最后。
4. else 处理成功分支，finally 处理必须执行的收尾动作。
5. 异常可以在当前函数处理，也可以传给更清楚处理方式的外层。
6. 捕获异常后仍需继续传递时，可以记录信息并使用 raise。

练习

1. 把用户输入转换成整数，分别测试正常数字和非数字内容。
2. 给转换程序补充 else 和 finally，观察四个代码块的执行顺序。
3. 分别测试学生数据文件不存在、内容正确和 JSON 格式损坏三种情况。