2.5 错误处理与异常

接下来我们将学习Python中的错误处理和异常。在编写程序时，我们经常会遇到各种错误。Python使用异常（exception）来表示在程序运行时发生的错误。了解如何处理异常对编写可靠、健壮的程序至关重要。

1. 异常

异常是在程序运行过程中发生的错误事件。当Python解释器遇到错误时，它会引发一个异常。例如，访问不存在的列表元素会引发IndexError异常，而尝试除以零会引发ZeroDivisionError异常。

以下是一个抛出异常的示例：

def divide(a, b):
    return a / b

result = divide(4, 0)  # ZeroDivisionError: division by zero

在这个例子中，我们定义了一个名为divide的函数，用于执行除法运算。当我们尝试除以零时，Python会抛出ZeroDivisionError异常。

2. 异常处理

为了处理异常，我们可以使用try和except语句。try语句用于包裹可能引发异常的代码块，而except语句用于捕获特定类型的异常并执行相应的代码块。

以下是一个处理异常的示例：

def safe_divide(a, b):
    try:
        return a / b
    except ZeroDivisionError:
        print("Cannot divide by zero!")
        return None

result = safe_divide(4, 0)  # Cannot divide by zero!
print(result)  # None

在这个例子中，我们定义了一个名为safe_divide的函数，用于执行除法运算。我们使用try语句包裹可能引发异常的代码，并使用except语句捕获ZeroDivisionError异常。当异常发生时，我们打印一条错误消息并返回None。

3. 多个except语句

我们可以使用多个except语句来处理不同类型的异常。例如：

def safe_divide(a, b):
    try:
        return a / b
    except ZeroDivisionError:
        print("Cannot divide by zero!")
        return None
    except TypeError:
        print("Invalid input!")
        return None

result = safe_divide(4, "two")  # Invalid input!
print(result)  # None

在这个例子中，我们增加了一个except语句来捕获TypeError异常。当我们尝试使用一个非数值类型作为除数时，Python会抛出TypeError异常。

4. finally语句

finally语句用于指定无论异常是否发生，都需要执行的代码块。例如：

def safe_divide(a, b):
    try:
        return a / b
    except ZeroDivisionError:
        print("Cannot divide by zero!")
        return None
    except TypeError:
        print("Invalid input!")
        return None
    finally:
        print("Finished dividing.")

result = safe_divide(4, 2)  # Finished dividing.
print(result)  # 2.0

result = safe_divide(4, 0)  # Cannot divide by zero!
                             # Finished dividing.
print(result)  # None

在这个例子中，我们使用finally语句指定了一个无论异常是否发生，都需要执行的代码块。在这种情况下，我们在每次调用safe_divide函数时都会打印"Finished dividing."。

5. 自定义异常

我们可以通过继承BaseException类或其子类来定义自定义异常。例如：

class InvalidInputError(Exception):
    pass

def safe_divide(a, b):
    if not isinstance(a, (int, float)) or not isinstance(b, (int, float)):
        raise InvalidInputError("Both a and b must be numbers.")
    if b == 0:
        raise ZeroDivisionError("Cannot divide by zero.")
    return a / b

try:
    result = safe_divide(4, "two")
except InvalidInputError as e:
    print(e)  # Both a and b must be numbers.
在这个例子中，我们定义了一个名为`InvalidInputError`的自定义异常类，用于表示无效的输入。我们修改了`safe_divide`函数，使其在遇到无效输入时抛出`InvalidInputError`异常。然后我们使用`try`和`except`语句捕获并处理这个异常。

### 6. 异常链

有时，我们可能需要在处理异常时引发新的异常。为了保留原始异常的上下文信息，我们可以使用`raise ... from ...`语句来创建异常链。例如：

```python
class ParsingError(Exception):
    pass

def parse_number(number_string):
    try:
        return int(number_string)
    except ValueError as e:
        raise ParsingError("Invalid number format.") from e

try:
    result = parse_number("12a")
except ParsingError as e:
    print(f"{e} - Original exception: {e.__cause__}")

在这个例子中，我们定义了一个名为ParsingError的自定义异常类，用于表示解析错误。我们创建了一个名为parse_number的函数，该函数尝试将字符串转换为整数。当转换失败时，我们使用raise ... from ...语句引发一个新的ParsingError异常，并保留原始ValueError异常作为上下文信息。

7. 断言

断言（assertion）是一种用于检查程序中的条件是否满足预期的调试工具。当断言条件为False时，Python会抛出一个AssertionError异常。我们可以使用assert语句来编写断言。例如：

def calculate_area(width, height):
    assert width > 0, "Width must be positive."
    assert height > 0, "Height must be positive."
    return width * height

try:
    area = calculate_area(-1, 5)
except AssertionError as e:
    print(e)  # Width must be positive.

在这个例子中，我们创建了一个名为calculate_area的函数，用于计算矩形的面积。我们使用assert语句来检查输入的宽度和高度是否为正数。当输入不满足条件时，会抛出一个AssertionError异常。

请注意，断言应仅用于调试程序和捕获非预期的错误。在生产环境中，您应该使用异常处理来处理可能的错误情况。

这就是Python中错误处理与异常的基本概念。希望这些示例能帮助你更好地理解如何在Python中处理异常。如果你有任何问题，请随时提问。