Обработка исключений в Python: подробное руководство

Введение

Python предоставляет две важные функции для обработки неожиданных ошибок и добавления возможностей отладки:

• Обработка исключений (Exception Handling) — рассматривается в этом руководстве.

• Утверждения (Assertions) — рассматриваются в отдельном разделе.

Стандартные исключения Python

№	Исключение и описание
1	Exception — базовый класс для всех исключений.
2	StopIteration — возникает, когда метод next() итератора не указывает на объект.
3	SystemExit — возникает функцией sys.exit().
4	StandardError — базовый класс для всех встроенных исключений, кроме StopIteration и SystemExit.
5	ArithmeticError — базовый класс для ошибок числовых вычислений.
6	OverflowError — вычисление превышает максимальный лимит числового типа.
7	FloatingPointError — ошибка вычисления с плавающей точкой.
8	ZeroDivisionError — деление или модуль на ноль для всех числовых типов.
9	AssertionError — неудача оператора assert.
10	AttributeError — неудача ссылки на атрибут или присваивания.
11	EOFError — нет ввода от raw_input() или input() и достигнут конец файла.
12	ImportError — неудача оператора import.
13	KeyboardInterrupt — пользователь прервал выполнение (обычно Ctrl+C).
14	LookupError — базовый класс для ошибок поиска.
15	IndexError — индекс не найден в последовательности.
16	KeyError — указанный ключ не найден в словаре.
17	NameError — идентификатор не найден в локальном или глобальном пространстве имен.
18	UnboundLocalError — попытка доступа к локальной переменной в функции, но значение не назначено.
19	EnvironmentError — базовый класс для исключений, возникающих вне среды Python.
20	IOError — неудача операции ввода/вывода (например, print или open() для несуществующего файла).
21	OSError — ошибки, связанные с операционной системой.
22	SyntaxError — ошибка в синтаксисе Python.
23	IndentationError — неправильно указан отступ.
24	SystemError — интерпретатор обнаружил внутреннюю проблему, но не завершает работу.
25	SystemExit — интерпретатор Python завершен через sys.exit(). Если не обработано, вызывает выход.
26	TypeError — операция или функция недопустима для указанного типа данных.
27	ValueError — встроенная функция имеет правильный тип аргументов, но недопустимые значения.
28	RuntimeError — сгенерированная ошибка не вписывается ни в одну категорию.
29	NotImplementedError — абстрактный метод, требующий реализации в наследнике, не реализован.

Утверждения (Assertions) в Python

Утверждение — это проверка здравого смысла, которую можно включить или выключить после завершения тестирования программы.

Проще всего представить утверждение как оператор raise-if (точнее, raise-if-not). Выражение проверяется, и если результат ложен, возбуждается исключение.

Утверждения выполняются оператором assert, ключевым словом, добавленным в версии 1.5.

Программисты часто помещают утверждения в начало функции для проверки валидности входных данных, и после вызова функции — для проверки валидности выходных данных.

Оператор assert

При обнаружении оператора assert Python оценивает сопровождающее выражение, которое ожидается истинным. Если выражение ложно, Python возбуждает исключение AssertionError.

Синтаксис:

assert Expression[, Arguments]

Если утверждение не проходит, Python использует Arguments как аргумент для AssertionError. Исключения AssertionError можно перехватывать и обрабатывать как любые другие с помощью try-except, но если не обработаны, они завершают программу и выдают трассировку.

Пример

Функция конвертирует температуру из Кельвинов в Фаренгейты. Нуль Кельвинов — это абсолютный ноль, поэтому функция прерывается при отрицательной температуре:

#!/usr/bin/python
def KelvinToFahrenheit(Temperature):
    assert (Temperature >= 0), "Colder than absolute zero!"
    return ((Temperature - 273) * 1.8) + 32

print(KelvinToFahrenheit(273))
print(int(KelvinToFahrenheit(505.78)))
print(KelvinToFahrenheit(-5))

Результат:

32.0
451
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 9, in 
    print(KelvinToFahrenheit(-5))
  File "test.py", line 4, in KelvinToFahrenheit
    assert (Temperature >= 0), "Colder than absolute zero!"
AssertionError: Colder than absolute zero!

Что такое исключение?

Исключение — это событие, происходящее во время выполнения программы, которое нарушает нормальный поток инструкций. В общем, когда скрипт Python сталкивается с ситуацией, с которой не может справиться, он возбуждает исключение. Исключение — это объект Python, представляющий ошибку.

Когда скрипт возбуждает исключение, он должен либо обработать его немедленно, иначе завершается и выходит.

Обработка исключения

Если у вас есть подозрительный код, который может возбудить исключение, вы можете защитить программу, поместив этот код в блок try:. После блока try: добавьте оператор except:, за которым следует блок кода, обрабатывающий проблему максимально элегантно.

Синтаксис

try:
    # Ваши операции
    ...
except ExceptionI:
    # Если возникло ExceptionI, выполнить этот блок
except ExceptionII:
    # Если возникло ExceptionII, выполнить этот блок
    ...
else:
    # Если исключений не было, выполнить этот блок

Важные моменты

• Один оператор try может иметь несколько операторов except. Полезно, когда блок try содержит операторы, которые могут выбросить разные типы исключений.

• Можно предоставить общий except, который обрабатывает любое исключение.

• После except можно добавить else-блок. Код в else выполняется, если в try не возникло исключений.

• else-блок — хорошее место для кода, не требующей защиты try.

Пример 1: успешная запись в файл

#!/usr/bin/python
try:
    fh = open("testfile", "w")
    fh.write("This is my test file for exception handling!!")
except IOError:
    print("Error: can't find file or read data")
else:
    print("Written content in the file successfully")
    fh.close()

Результат:

Written content in the file successfully

Пример 2: ошибка прав доступа

#!/usr/bin/python
try:
    fh = open("testfile", "r")
    fh.write("This is my test file for exception handling!!")
except IOError:
    print("Error: can't find file or read data")
else:
    print("Written content in the file successfully")

Результат:

Error: can't find file or read data

Блок except без указания исключений

Можно использовать except без указания исключений:

try:
    # Операции
    ...
except:
    # При любом исключении выполнить этот блок
    ...
else:
    # Если исключений нет
    ...

Такой try-except перехватывает все исключения. Это считается плохой практикой, так как не позволяет определить причину проблемы.

Блок except с несколькими исключениями

Можно использовать один except для обработки нескольких исключений:

try:
    # Операции
    ...
except (Exception1[, Exception2[, ... ExceptionN]]):
    # Если возникло любое исключение из списка
    ...
else:
    # Если исключений нет
    ...

Блок try-finally

Можно использовать блок finally: вместе с try:. Блок finally — место для кода, который должен выполниться всегда, независимо от того, возбудило ли исключение блок try или нет.

try:
    # Операции
    ...
    # Из-за исключения это может быть пропущено
finally:
    # Это всегда будет выполнено
    ...

Нельзя использовать else вместе с finally.

Пример

#!/usr/bin/python
try:
    fh = open("testfile", "w")
    fh.write("This is my test file for exception handling!!")
finally:
    print("Error: can't find file or read data")

Если нет прав на запись, результат:

Error: can't find file or read data

Чище тот же пример:

#!/usr/bin/python
try:
    fh = open("testfile", "w")
    try:
        fh.write("This is my test file for exception handling!!")
    finally:
        print("Going to close the file")
        fh.close()
except IOError:
    print("Error: can't find file or read data")

Когда исключение выбрасывается в блоке try, выполнение сразу переходит в блок finally. После выполнения всех операторов в finally исключение возбуждается снова и обрабатывается в except следующего уровня try-except.

Аргумент исключения

Исключение может иметь аргумент — значение, дающее дополнительную информацию о проблеме. Содержимое аргумента варьируется по исключениям. Перехват аргумента происходит путем указания переменной в предложении except:

try:
    # Операции
    ...
except ExceptionType, Argument:
    # Можно вывести значение Argument
    ...

Для одного исключения переменная может следовать за именем исключения в операторе except. Для нескольких исключений — переменная может следовать за кортежем исключений.

Переменная получает значение исключения, обычно содержащее причину. Может быть одиночным значением или кортежем (строка ошибки, номер ошибки, расположение ошибки).

Пример

#!/usr/bin/python
def temp_convert(var):
    try:
        return int(var)
    except ValueError, Argument:
        print("The argument does not contain numbers\n", Argument)

temp_convert("xyz")

Результат:

The argument does not contain numbers
invalid literal for int() with base 10: 'xyz'

Возбуждение исключений (raise)

Можно возбуждать исключения несколькими способами с помощью оператора raise. Общий синтаксис:

raise [Exception [, args [, traceback]]]

Exception — тип исключения (например, NameError), args — значение для аргумента исключения (опционально, по умолчанию None), traceback — объект трассировки (редко используется).

Пример

Исключение может быть строкой, классом или объектом. Большинство исключений ядра Python — классы с аргументом-экземпляром класса. Определение новых исключений просто:

def functionName(level):
    if level < 1:
        raise "Invalid level!", level
    # Код ниже не выполнится, если возбуждено исключение

Примечание: Чтобы перехватить исключение, предложение except должно ссылаться на то же исключение (класс или строку). Для перехвата вышеуказанного:

try:
    # Бизнес-логика
except "Invalid level!":
    # Обработка исключения
else:
    # Остальной код

Пользовательские исключения

Python позволяет создавать свои исключения, наследуя классы от стандартных встроенных исключений.

Пример, связанный с RuntimeError. Создается класс, наследуемый от RuntimeError. Полезно для отображения более конкретной информации при перехвате исключения.

В блоке try возбуждается пользовательское исключение и перехватывается в блоке except. Переменная e создает экземпляр класса Networkerror.

class Networkerror(RuntimeError):
    def __init__(self, arg):
        self.args = arg

После определения класса можно возбуждать исключение так:

try:
    raise Networkerror("Bad hostname")
except Networkerror, e:
    print(e.args)