第 9 章 · 异常

程序出错不会「直接崩掉」——学会用 try 接住错误、用 raise 表达业务规则，让程序优雅地应对意外。 本章 5 讲（072–076），从「认识异常」讲起，到「捕获」「自定义」「避坑」，最后做单元小结。

🎯 本章目标

理解异常是什么：错误自动引发、无法被解释器自动处理的特殊对象
看懂异常的层次结构，知道拿不准时用基类 Exception 兜底
会用 try / except / else / finally 捕获并处理异常
会写自定义业务异常（继承 Exception），用 raise 主动引发
会用 with 语句（上下文管理器 __enter__ / __exit__）简化资源清理
记住编写异常处理程序时最容易踩的四类坑

本章代码

📌 代码约定：正文代码块都保持可直接运行；节选会明确标注「节选」并指向 code/ 完整文件。所有输出都是真实运行结果（本机 Python 3.12.7）。本章很多示例故意制造错误：能捕获展示的都用 try/except 包住（正常退出）；只有「语法错误」无法在运行时捕获，单独放在 75b-nested-syntax-error.py 里，退出码非 0 属正常。

文件	内容
`code/72-exceptions.py`	异常的产生与中断、栈回溯、常见异常类型、层次结构（`issubclass` / MRO）、`raise`
`code/73-try-except.py`	`try-except` / `else` / `finally`、多个 `except`、嵌套，以及「打开文件」作业
`code/74-custom-exception.py`	自定义业务异常、`raise`、`with` 语句与上下文管理器，以及「文件过小」作业
`code/75-pitfalls.py`	避坑指南：位置 / 范围 / 处理三类错误，附正确写法
`code/75b-nested-syntax-error.py`	避坑 4：`try` 缺 `except` 的语法错误演示（故意写错，非零退出属正常）
`code/76-summary.py`	单元小结：把「认识 → 捕获 → 自定义 → with」串成一个小程序

第 72 讲 · 初识异常：异常的产生与分类

本节目标

搞清「异常到底是什么」，看懂报错信息里的异常类型和栈回溯，认识异常的层次结构。

知识要点

1. 什么是异常

异常（Exception）：Python 解释器在执行程序的过程中，出现错误时的一种管理机制。它会在错误被监测到的位置被「引发（raise）」。

三条关键性质：

异常是自动引发的——你写错代码，解释器替你把它「扔」出来；
引发异常时，当前代码块会立即中断，后面的语句不再执行；
异常是一种特殊对象，它有自己的类型、自己的信息。

2. 栈回溯（Traceback）

除 SystemExit 外，当异常没有被完全处理时，Python 都会打印栈回溯信息：告诉你「哪一行、哪一种错误」。

读报错要从下往上读：最后一行是错误类型 + 原因（如 ZeroDivisionError: division by zero），往上是出错位置和调用链。

3. 异常的分类（层次结构）

所有异常的根是 BaseException。它的下面分为两大类：

基类	含义
`BaseException`	所有内置异常的基类
`Exception`	所有内置的非系统退出类异常都派生自它，所有用户自定义异常也应当派生自它

再往下还有几个常用的中间基类：

ArithmeticError —— 各种算术类错误的父类（如 ZeroDivisionError）
LookupError —— 映射或序列所用「键/索引无效」时引发的父类（如 IndexError、KeyError）
OSError —— 操作系统相关错误的父类（如 FileNotFoundError）

简化的继承树：

BaseException
├── SystemExit          （系统退出，不属于 Exception）
├── KeyboardInterrupt   （Ctrl+C 中断，不属于 Exception）
└── Exception
    ├── ArithmeticError ── ZeroDivisionError
    ├── LookupError ─┬──── IndexError
    │                └──── KeyError
    ├── ValueError
    ├── TypeError
    └── OSError ────────── FileNotFoundError

📌 小结：异常是错误自动引发、无法被解释器自动处理的特殊对象；它有层次结构， 拿不准要捕获什么时，就用基类 Exception 兜底。

代码实操

完整代码见 code/72-exceptions.py（含全部 import），运行：

bash

$ python3 72-exceptions.py

真实输出（路径已简写为 /path/to/...）：

text

========================================================
示例 1：异常会让代码「中断」
========================================================
第一行：程序开始
捕获到异常：division by zero  （类型：ZeroDivisionError）
最后一行：异常被处理后，程序还能继续往下走

========================================================
示例 2：未被处理的异常会打印「栈回溯（Traceback）」
========================================================
上一段程序有异常
division by zero
---- 完整栈回溯（真实报错长这样）----
Traceback (most recent call last):
  File "/path/to/09-exceptions/code/72-exceptions.py", line 36, in <module>
    num / num2
    ~~~~^~~~~~
ZeroDivisionError: division by zero


========================================================
示例 3：异常是「对象」
========================================================
异常对象本身： ZeroDivisionError('division by zero')
它的类型       ： <class 'ZeroDivisionError'>
转成字符串     ： division by zero
是 BaseException 的实例？ True
是 Exception 的实例？      True

========================================================
示例 4：常见异常类型一览
========================================================
  除零     → ZeroDivisionError: division by zero
  下标越界   → IndexError: list index out of range
  键不存在   → KeyError: 'b'
  类型错误   → TypeError: can only concatenate str (not "int") to str
  值错误    → ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'

========================================================
示例 5：异常的层次结构（用 issubclass 验证）
========================================================
  ZeroDivisionError  是 ArithmeticError 的子类？ True
  IndexError         是 LookupError     的子类？ True
  KeyError           是 LookupError     的子类？ True
  LookupError        是 Exception       的子类？ True
  ValueError         是 Exception       的子类？ True
  Exception          是 BaseException   的子类？ True
  SystemExit 是 Exception 的子类？    False
  SystemExit 是 BaseException 的子类？ True

========================================================
示例 6：FileNotFoundError 的继承链（MRO）
========================================================
FileNotFoundError -> OSError -> Exception -> BaseException -> object

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示例 7：用 raise 主动引发一个异常
========================================================
主动 raise 的异常被捕获： value error !!!!

💡 注意示例 5 里 SystemExit 不是 Exception 的子类（它是 BaseException 的直接子类）—— 这正是后面「避坑」里要讲的点：except Exception 故意不接管系统退出和 Ctrl+C。

课后作业

请通过学习过的列表、字典、数字、字符串等数据类型，以及 if、for、while 等条件控制语句，自行编写程序，引发至少 5 个异常并查看异常类型。

参考答案（code/72-exceptions.py 的示例 4 就是这份作业）：用一个 (说明, lambda: 出错代码) 列表，逐个放进 try 里跑，读出 type(exc).__name__。可引发：

写法	异常类型
`1 / 0`	`ZeroDivisionError`
`[1, 2, 3][5]`	`IndexError`
`{"a": 1}["b"]`	`KeyError`
`"abc" + 1`	`TypeError`
`int("abc")`	`ValueError`

第 73 讲 · 异常捕获：出现异常时，如何利用程序进行处理？

本节目标

学会用 try-except 把「会出错的代码」包起来，并用 else / finally / 多个 except 控制处理流程。

知识要点

1. try-except 代码块

python

try:
    可能产生异常的代码
except 异常:
    捕获指定异常后运行的代码

含义：试探着执行 try 里的代码；一旦引发 except 指定的那种异常，就跳到 except 里处理，程序不会崩。

2. else 代码块

python

try:
    可能产生异常的代码
except 异常:
    捕获后运行的代码
else:
    try 部分没抛出异常，才执行这里的代码

else 是「一切顺利」时才走的分支，常用来放「只有成功才该做的事」。

3. finally 代码块

python

try:
    可能产生异常的代码
except 异常:
    捕获后运行的代码
finally:
    无论是否抛出异常，该部分代码均会执行

finally 常用来收尾：关闭文件、释放连接。即使 try 里出了异常、或者被 return 提前结束，它依然会执行。

4. 捕获多个异常

一个 try 可以配多个 except，从上到下依次匹配：

python

try:
    可能产生异常的语句
except 异常1:
    处理方式一
except 异常2:
    处理方式二

也可以嵌套使用：

python

try:
    try:
        语句
    except:
        pass
except:
    pass

⚠️ 匹配是自上而下、先到先得。如果把父类（如 Exception）写在前面，后面的子类 except 永远轮不到。所以经验法则：具体的异常写前面，宽泛的基类写最后。

代码实操

完整代码见 code/73-try-except.py，运行：

bash

$ python3 73-try-except.py

真实输出（示例 5 的临时文件路径已简写为 .../）：

text

========================================================
示例 1：最基本的 try-except
========================================================
尝试计算 1 / 0 ...
上一段程序有异常： division by zero

========================================================
示例 2：try-except-else-finally 完整流程
========================================================
  divide(10, 2) → else ：结果 = 5.0
  divide(10, 2) → finally：这一段一定执行
  divide(10, 0) → except：division by zero
  divide(10, 0) → finally：这一段一定执行

========================================================
示例 3：捕获多个异常（多个 except，按顺序匹配）
========================================================
  '123' 转换成功，结果是 123
  'abc' 不是合法整数（ValueError）
  None 类型不对，无法转换（TypeError）

========================================================
示例 4：嵌套 try-except
========================================================
  外层 try 开始
  内层 try 开始
  内层捕获： division by zero
  内层处理完了，外层继续往下走

========================================================
示例 5：课后作业 —— 打开文件时的异常捕获
========================================================
① 打开一个「不存在」的文件：
    文件不存在，无法打开：.../不存在的文件.txt
② 打开一个「存在」的文件（正常读取）：
    ['你好，异常处理！\n', '第二行。\n']

课后作业

在文件操作过程中，使用 open() 函数打开文件时，有可能会出现该文件在磁盘中不存在的异常，请编写 try-except 语句，对文件打开的异常进行异常捕获。 * 当出现异常时，需关闭文件；无异常时正常读取文件。

参考答案（即代码实操的示例 5）：用 FileNotFoundError 精确捕获「文件不存在」；把 f.close() 放进 finally，保证无论成功还是失败、只要文件被打开过就一定关掉。

python

def read_file(path):
    f = None
    try:
        f = open(path, mode="r", encoding="utf-8")
        return f.readlines()
    except FileNotFoundError as e:
        return f"文件不存在，无法打开：{e.filename}"
    finally:
        if f is not None:
            f.close()

第 74 讲 · 自定义异常捕获：如何定义业务异常？

本节目标

学会定义自己的异常类来表达业务规则，并用 with 语句简化资源清理。

知识要点

1. 自定义异常的用途

借用 Python 强大的异常处理功能，编写程序中断逻辑——继承现有的异常，并为它增加额外功能。

一句话：内置异常描述的是「程序层面的错误」（除零、越界）；业务异常描述的是「规则层面的错误」（余额不足、用户名违规、文件太小）。后者能让报错更贴近你的业务。

2. 自定义异常的方法

自定义异常需要继承异常的基类，一般通过继承 Exception 实现：

python

class MyException(Exception):
    ...

# 主动引发
try:
    raise MyException
except MyException as e:
    print(e)

实战里通常会在 __init__ 里保存业务信息，并用 super().__init__(...) 交给父类，这样 str(e) 就能打印出原因。

3. with 语句

为了简化异常处理逻辑，Python 引入了 with 语句。以打开文件为例：

python

with open("/path/to/file.txt") as f:
    txt = f.readlines()

离开 with 代码块时，文件自动关闭——不用手写 close()，也不用担心忘记关。

with 背后靠两个魔术方法实现：

方法	何时调用	作用
`__enter__()`	进入 `with` 块时	返回值交给 `as` 后面的变量
`__exit__()`	离开 `with` 块时	收尾清理；能拿到块里发生的异常信息

自定义 with 语句的写法：

python

class MyClass:
    def __enter__(self):
        ...
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, tb):
        ...

with MyClass() as mc:
    mc.xxx()

📌 小结：自定义异常必须继承 Exception；它可以用 raise 让程序中断； with 语句能简化异常处理与资源清理。

代码实操

完整代码见 code/74-custom-exception.py，运行：

bash

$ python3 74-custom-exception.py

真实输出：

text

========================================================
示例 1：定义一个最简单的业务异常
========================================================
捕获到自定义异常： 名字不允许使用「jerry」
str(ne) 得到的原始信息： jerry

========================================================
示例 2：用自定义异常表达业务规则（银行取款）
========================================================
  取款成功：余额 100 → 70
  取款失败：余额 100 元，不足以取出 250 元（还差 150 元）

========================================================
示例 3：with 语句与上下文管理器（__enter__ / __exit__）
========================================================
  __enter__ 被调用：进入 with 代码块，返回值交给 as 后面的变量
  hello() 被调用：我正在 with 代码块里工作
  __exit__ 被调用：with 代码块结束（正常或异常都会走这里）

========================================================
示例 4：__exit__ 如何收到 with 里的异常
========================================================
  进入 with
  准备 raise ...
  退出时发现异常：ValueError: 我在 with 里出错啦
  程序没有崩溃，继续执行

========================================================
示例 5：with open(...) 自动关闭文件
========================================================
  读到的内容： with 会在代码块结束后自动关闭文件，省去了手写 close()。
  离开 with 后文件是否已关闭： True

========================================================
示例 6：课后作业 —— 文件过小则抛自定义异常
========================================================
  抛出异常：文件只有 2 个字符，少于要求的 10 个
  正常输出： 这是一个够长的文件内容，已经超过十个字符了。

💡 示例 4 里 __exit__ 返回了 True，表示「异常已被我处理」，于是异常不再往上抛、程序继续往下跑。返回 False（或什么都不写）则照常把异常抛出去。

课后作业

请编写自定义异常类：如果读取的文件小于 10 个字符，抛出「文件过小」的自定义异常；如果读取的文件大于等于 10 个字符，则正常输出该文件内容。

参考答案（即代码实操的示例 6）：

python

class FileTooSmallError(Exception):
    """自定义异常：文件内容太少。"""


def read_file(path, min_chars=10):
    with open(path, encoding="utf-8") as f:
        content = f.read()
    if len(content) < min_chars:
        raise FileTooSmallError(f"文件只有 {len(content)} 个字符，少于要求的 {min_chars} 个")
    return content

第 75 讲 · 避坑指南：编写捕获异常程序时经常出现的问题

本节目标

识别并避开编写异常处理代码时的四类常见错误：位置、范围、处理方式、嵌套语法。

知识要点

坑 1：捕获位置设置不当

只要在猎物的必经之路上设陷阱，一定可以捕到猎物。

try-except 设得太晚，程序已经在前面报错退出了，陷阱白设；
受 if、while 等分支影响，某条路径根本没执行到 try-except。

原则：陷阱要设在错误发生之前。

坑 2：捕获范围设置不当

捕获范围过大：一上来就 except Exception，抛出异常时无法定位原因；
用 Exception 基类捕获，原因不明确。

原则：能精确到具体异常类型就别用基类；基类只放在最后兜底。

⚠️ 补充：except Exception（甚至裸 except:）会吞掉很多你想知道的信息。好在 KeyboardInterrupt（Ctrl+C）和 SystemExit 不是 Exception 的子类，它们会「穿透」普通的 except Exception——所以别写裸 except:，否则连 Ctrl+C 都按不动。

坑 3：捕获处理设置不当

捕获后应当明确告知用户异常原因，而不是只丢一句「出错了」；
能由程序自动处理的要处理干净，比如关闭文件，防止数据丢失。

坑 4：嵌套 try-except 语法错误

try 和 except（或 finally）必须成对出现；
嵌套容易漏写，建议用 IDE 的自动缩进与语法检查来避免。

📌 小结：位置、范围、处理方式用错，是异常处理里最常见的三类错误；处理语句一长就容易出语法错误，让 IDE 帮你检查。

代码实操

① 三类「逻辑坑」——完整代码见 code/75-pitfalls.py，运行：

bash

$ python3 75-pitfalls.py

真实输出：

text

========================================================
坑 1：捕获位置设置不当 —— try 设得太晚
========================================================
  准备访问 data[5]（这里会出错）...
  正确做法：把 try 设在错误发生之前，才能在错误处接住它 → list index out of range

========================================================
坑 2：捕获范围设置不当 —— 用 Exception 一把抓
========================================================
  宽泛捕获结果： 出错了：IndexError（太宽泛，看不出原因）
  精确捕获结果： 精确捕获：IndexError: list index out of range

========================================================
坑 2b：except Exception 不会捕获 KeyboardInterrupt
========================================================
  KeyboardInterrupt 穿透了 except Exception，被外层接住 —— 
  正因如此，不要写「裸」的 except:，否则连 Ctrl+C 都按不动

========================================================
坑 3：捕获处理设置不当 —— 只说「出错了」，不告知原因/不关文件
========================================================
  友好提示： 找不到报表文件「根本不存在的报表.txt」，请先上传后再试

========================================================
坑 4：嵌套 try-except —— 正确的写法
========================================================
  外层 try
  内层已处理： invalid literal for int() with base 10: 'abc'
  内层处理完，外层若无异常继续

小结：位置、范围、处理方式三处用错，是异常处理里最常见的错误；
      嵌套时务必保证 try 与 except 成对出现，靠 IDE 的自动缩进/检查来避免语法错误。

② 第四类「语法错误」——语法错误在加载阶段就被解释器拦下，无法用 try 在运行时捕获，所以单独放一个文件。完整代码见 code/75b-nested-syntax-error.py（故意写错），运行：

bash

$ python3 75b-nested-syntax-error.py

真实输出（路径已简写）：

text

  File "/path/to/09-exceptions/code/75b-nested-syntax-error.py", line 12
    # ← 这里缺了一个 except（或 finally），Python 会在解析时报语法错误
SyntaxError: expected 'except' or 'finally' block

⚠️ 这个文件故意缺少 except，退出码非 0 是正常的（它演示的就是「语法错误抓不住」）。校验脚本 scripts/verify-examples.py 已把它登记进 ALLOW_FAIL 放行。

课后作业

程序员小派在调试程序时，发现程序偶尔会抛出自定义异常，但是根据异常提示无法定位异常产生的原因和产生异常的具体代码行数。作为小派的搭档，请你对该问题提出有效的代码优化方案。

参考答案（三个抓手）：

携带足够信息：在自定义异常的 __init__ 里保存关键参数（如出错的值、行号），并 super().__init__(消息)——别只 pass 一个空异常。
保留栈回溯：捕获后重新引发用 raise（不要吞掉），必要时用 logging.exception() 或 traceback.format_exc() 把完整栈写进日志，里面有精确到行的调用链。
范围收窄 + 位置前置：把 except Exception 换成具体的自定义异常类型，并把 try 挪到错误真正发生的位置，避免「宽泛捕获 + 位置过晚」双双掩盖问题。

第 76 讲 · 再回首：“异常处理”单元小结

本节目标

把「认识异常 → 捕获 → 自定义 → with」串起来，回顾本章知识地图。

知识要点

本章的知识地图，可以浓缩成一条主线：

① 认识异常   异常是错误自动引发、无法被解释器自动处理的特殊对象；有层次结构
      ↓
② 捕获异常   try-except 接住错误；else 走「顺利」分支；finally 一定收尾
      ↓
③ 自定义异常 继承 Exception → raise 引发 → except 捕获；with 简化资源清理
      ↓
④ 避坑       位置要早、范围要窄、处理要明、try/except 要成对

速记口诀：「位置准、范围窄、处理明，try/except 成对出」。

代码实操

完整代码见 code/76-summary.py，它把四步串成一个小程序，运行：

bash

$ python3 76-summary.py

真实输出：

text

========================================================
单元小结：异常处理四步走
========================================================

[1] 捕获自定义异常 + finally 清理：
    年龄 18 合法
    finally：不管成功失败，这一步都执行
    捕获异常： 年龄不能为负数，收到的是 -3
    finally：不管成功失败，这一步都执行

[2] with 语句自动管理资源：
    读取： 用 with 打开文件，离开代码块就自动关闭。
    文件已关闭？ True

[3] 关键结论：
    · 异常是错误自动引发、无法被解释器自动处理的特殊对象
    · 拿不准要捕获什么，就用基类 Exception 兜底
    · 自定义异常必须继承 Exception，用 raise 引发、except 捕获
    · with 语句靠 __enter__ / __exit__ 实现，简化资源清理
    · 捕获要「位置准、范围窄、处理明」，避免吞掉异常

课后作业

回到本章开始的那句话：能捕获的用 try/except 接住，捕获不了的要如实暴露。请你自己动手：把这四讲里「故意报错」的示例各挑一个，改成正确捕获后再运行一遍，体会「程序不崩，但错误被看清」的效果。

本章小结

速查表

主题	关键点
异常是什么	错误自动引发、无法被解释器自动处理的特殊对象；引发时当前代码块中断
栈回溯	除 `SystemExit` 外，未处理的异常都会打印 Traceback；从下往上读（类型 + 位置）
异常层次	根是 `BaseException`；自定义异常与绝大多数内置异常都继承 `Exception`
拿不准捕获什么	用基类 `Exception` 兜底（但别写裸 `except:`）
`try-except`	接住指定异常，程序不崩
`else`	只有 `try` 没出错才执行
`finally`	无论是否出错都执行，用于收尾（关文件）
多个 `except`	自上而下匹配，具体异常写前、基类写后
自定义异常	`class MyException(Exception)`，用 `raise` 引发、`except` 捕获
`with` 语句	靠 `__enter__` / `__exit__` 实现，自动清理资源（如自动关文件）
避坑四则	位置要早、范围要窄、处理要明、`try/except` 要成对

三句话

异常不是灾难，是机制：它会在出错处自动引发、让代码块中断，并带上「类型 + 位置」的栈回溯。
捕获要位置准、范围窄、处理明：try 设在错误前，except 精确到类型，finally 把该关的关掉。
业务错误用自定义异常表达（继承 Exception），资源清理交给 with。

动手练习

跑通 code/ 下本章 6 个示例，对照真实输出读一遍报错。
把第 72 讲作业的 5 种异常，写成一张「写法 → 异常类型」对照表。
用自定义异常改写一个小场景（如登录密码过短、库存不足），让错误信息能直接告诉用户「哪里不对」。
把 code/75b-nested-syntax-error.py 的错误补好（给 try 配一个 except），体会语法错误与运行时错误的区别。

下一章预告

第 10 章进入高级数据类型与算法：namedtuple、魔术方法、lru_cache、设计模式、 multiprocessing 等纯 Python 部分会真跑；Redis / MySQL 部分只讲原理与代码。

← 上一章：模块与标准库｜返回总目录｜下一章：高级数据类型与算法 →

第 9 章 · 异常 ​

🎯 本章目标 ​

第 72 讲 · 初识异常：异常的产生与分类 ​

本节目标 ​

知识要点 ​

代码实操 ​

课后作业 ​

第 73 讲 · 异常捕获：出现异常时，如何利用程序进行处理？ ​

本节目标 ​

知识要点 ​

代码实操 ​

课后作业 ​

第 74 讲 · 自定义异常捕获：如何定义业务异常？ ​

本节目标 ​

知识要点 ​

代码实操 ​

课后作业 ​

第 75 讲 · 避坑指南：编写捕获异常程序时经常出现的问题 ​

本节目标 ​

知识要点 ​

代码实操 ​

课后作业 ​

第 76 讲 · 再回首：“异常处理”单元小结 ​

本节目标 ​

知识要点 ​

代码实操 ​

课后作业 ​

本章小结 ​

下一章预告 ​

第 9 章 · 异常

🎯 本章目标

第 72 讲 · 初识异常：异常的产生与分类

本节目标

知识要点

代码实操

课后作业

第 73 讲 · 异常捕获：出现异常时，如何利用程序进行处理？

本节目标

知识要点

代码实操

课后作业

第 74 讲 · 自定义异常捕获：如何定义业务异常？

本节目标

知识要点

代码实操

课后作业

第 75 讲 · 避坑指南：编写捕获异常程序时经常出现的问题

本节目标

知识要点

代码实操

课后作业

第 76 讲 · 再回首：“异常处理”单元小结

本节目标

知识要点

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