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Python 中的异常及继承关系
在 Python 中，异常用于表示程序在运行过程中遇到的错误，所有异常类最终都继承自 BaseException。通过异常处理，我们可以捕获和处理这些错误，避免程序崩溃。
Python 异常继承关系图
BaseException+-- SystemExit+-- KeyboardInterrupt+-- GeneratorExit+-- Exception+-- StopIteration+-- StopAsyncIteration+-- ArithmeticError| +-- FloatingPointError| +-- OverflowError| +-- ZeroDivisionError+-- AssertionError+-- AttributeError+-- BufferError+-- EOFError+-- ImportError| +-- ModuleNotFoundError+-- LookupError| +-- IndexError| +-- KeyError+-- MemoryError+-- NameError| +-- UnboundLocalError+-- OSError| +-- BlockingIOError| +-- ChildProcessError| +-- ConnectionError| | +-- BrokenPipeError| | +-- ConnectionAbortedError| | +-- ConnectionRefusedError| | +-- ConnectionResetError| +-- FileExistsError| +-- FileNotFoundError| +-- InterruptedError| +-- IsADirectoryError| +-- NotADirectoryError| +-- PermissionError| +-- ProcessLookupError| +-- TimeoutError+-- ReferenceError+-- RuntimeError| +-- NotImplementedError| +-- RecursionError+-- SyntaxError| +-- IndentationError| +-- TabError+-- SystemError+-- TypeError+-- ValueError| +-- UnicodeError| +-- UnicodeDecodeError| +-- UnicodeEncodeError| +-- UnicodeTranslateError+-- Warning+-- DeprecationWarning+-- PendingDeprecationWarning+-- RuntimeWarning+-- SyntaxWarning+-- UserWarning+-- FutureWarning+-- ImportWarning+-- UnicodeWarning+-- BytesWarning+-- EncodingWarning+-- ResourceWarning
1. BaseException 类
BaseException 是所有异常的基类，所有 Python 异常都从它继承。通常，不建议直接捕获 BaseException，而应捕获其子类。
1.1 SystemExit（不建议捕获）
- 说明：当调用
sys.exit()以退出程序时，抛出此异常。 - 捕获建议：不建议捕获，因为它表示程序要正常退出。
- 示例：
import sys
try:sys.exit()
except SystemExit:print("程序退出")
1.2 KeyboardInterrupt（不建议捕获）
- 说明：当用户按下
Ctrl+C终止程序时，会抛出此异常。 - 捕获建议：可以捕获，但通常用于自定义处理程序中断。
- 示例：
try:while True:pass
except KeyboardInterrupt:print("用户中断程序")
1.3 GeneratorExit（不建议捕获）
- 说明：当生成器关闭时抛出，通常在
yield生成器对象调用close()时触发。 - 捕获建议：不建议捕获，通常由系统自动处理。
- 示例：
def my_generator():try:yield 1finally:print("生成器关闭")gen = my_generator()
next(gen)
gen.close()
2. Exception 类（可以捕获）
Exception 是用户代码中常见异常的基类，大部分可捕获的异常都继承自它。
2.1 StopIteration 和 StopAsyncIteration
- 说明：当迭代器或异步迭代器到达结尾时抛出，通常由
for循环隐式捕获。 - 捕获建议：一般不需要手动捕获。
示例：
my_iter = iter([1, 2, 3])
try:while True:print(next(my_iter))
except StopIteration:print("迭代结束")
2.2 ArithmeticError 及其子类
- 说明：算术运算错误的基类。
- 捕获建议：可以捕获，用于处理算术错误。
ZeroDivisionError
- 说明：除数为零时抛出。
- 示例：
try:result = 1 / 0
except ZeroDivisionError:print("不能除以零")
OverflowError
- 说明：当数值运算结果超出表示范围时抛出。
FloatingPointError
- 说明：浮点运算出错时抛出，较少见。
2.3 AssertionError
- 说明：断言语句失败时抛出。
- 捕获建议：可以通过
try-except捕获，但应谨慎使用断言。
示例：
try:assert 1 == 2
except AssertionError:print("断言失败")
2.4 AttributeError
- 说明：尝试访问对象不存在的属性时抛出。
示例：
try:obj = Noneobj.some_method()
except AttributeError:print("对象没有这个属性")
2.5 BufferError
- 说明：缓冲区操作失败时抛出。
- 捕获建议：适用于处理低级别内存操作错误。
2.6 EOFError
- 说明：当读取到文件末尾但无法返回任何数据时抛出。
- 捕获建议：适用于文件或输入流操作。
2.7 ImportError 及其子类
- 说明：导入模块失败时抛出。
ModuleNotFoundError
- 说明：模块未找到时抛出。
示例：
try:import non_existent_module
except ImportError:print("模块导入失败")
2.8 LookupError 及其子类
- 说明：查找操作失败时的基类。
IndexError
- 说明：列表、元组或其他序列访问越界时抛出。
KeyError
- 说明：字典中查找不存在的键时抛出。
示例：
my_dict = {"name": "Alice"}
try:print(my_dict["age"])
except KeyError:print("键不存在")
2.9 MemoryError
- 说明：内存不足时抛出。
2.10 NameError 及其子类
- 说明：当尝试访问未定义的变量时抛出。
UnboundLocalError
- 说明：在函数中使用尚未赋值的局部变量时抛出。
示例：
try:print(undefined_var)
except NameError:print("变量未定义")
2.11 OSError 及其子类
- 说明：系统相关的错误，例如文件和网络操作失败。
- 捕获建议：适用于文件系统、网络等 I/O 操作。
常见子类：
FileNotFoundError：文件未找到。PermissionError：权限不足。TimeoutError：操作超时。
示例：
try:with open("non_existent_file.txt", "r") as f:pass
except FileNotFoundError:print("文件未找到")
2.12 ReferenceError
- 说明：弱引用被垃圾回收后访问无效对象时抛出。
2.13 RuntimeError 及其子类
- 说明：运行时错误的基类。
NotImplementedError
- 说明：尚未实现的方法抛出此异常。
2.14 SyntaxError 及其子类
- 说明：Python 语法错误时抛出。
IndentationError
- 说明：缩进错误。
TabError
- 说明：混合使用空格和 Tab 导致的错误。
2.15 TypeError
- 说明：操作或函数应用于不适当类型时抛出。
示例：
try:print(1 + "a")
except TypeError:print("类型错误")
2.16 ValueError 及其子类
- 说明：操作或函数接收到具有正确
类型但不合理的参数时抛出。
UnicodeError 及其子类
- 说明：与 Unicode 编码相关的错误。
3. Warning 类及其子类（可以捕获）
- 说明：
Warning类表示非致命错误，通常用于提示潜在问题，不会中断程序的执行。尽管它们不会自动抛出，但可以通过warnings模块生成和捕获警告。 - 捕获建议：可以捕获，通过
warnings.catch_warnings()实现对警告的捕获。
常见子类：
DeprecationWarning：提示某个功能即将被废弃。PendingDeprecationWarning：类似DeprecationWarning，但仅用于将来废弃的功能。RuntimeWarning：运行时的一般警告。SyntaxWarning：语法问题的警告。UserWarning：用户代码产生的警告。FutureWarning：将来版本会改变行为的警告。ImportWarning：导入模块时发生问题的警告。UnicodeWarning：Unicode 相关问题的警告。BytesWarning：字节相关问题的警告。EncodingWarning：编码相关问题的警告。ResourceWarning：资源管理问题的警告（例如文件没有正确关闭）。
示例：
import warningsdef deprecated_function():warnings.warn("该函数将被废弃", DeprecationWarning)try:warnings.simplefilter("error", DeprecationWarning)deprecated_function()
except DeprecationWarning:print("捕获到废弃警告")
捕获异常总结表格
| 异常类型 | 是否可以捕获 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|---|
BaseException | 否 | 所有异常的基类，通常不应直接捕获。 | - |
SystemExit | 否 | 表示程序正常退出，通常不应捕获。 | - |
KeyboardInterrupt | 否 | 用户按 Ctrl+C 终止程序，通常不应捕获。 | - |
GeneratorExit | 否 | 生成器关闭时抛出，不应捕获。 | - |
Exception | 是 | 大部分用户代码中的异常，常见的基类，可以捕获。 | try: ... except Exception: |
StopIteration | 否 | 迭代器结束时抛出，不应捕获。 | - |
StopAsyncIteration | 否 | 异步迭代器结束时抛出，不应捕获。 | - |
ArithmeticError | 是 | 算术运算错误的基类。 | 捕获 ZeroDivisionError, OverflowError, FloatingPointError |
ZeroDivisionError | 是 | 除数为零时抛出。 | try: 1 / 0 except ZeroDivisionError: |
OverflowError | 是 | 数值超出范围时抛出。 | try: math.exp(1000) except OverflowError: |
FloatingPointError | 是 | 浮点运算错误时抛出。 | - |
AssertionError | 是 | 断言失败时抛出。 | try: assert 1 == 2 except AssertionError: |
AttributeError | 是 | 尝试访问不存在的对象属性时抛出。 | try: obj.some_method() except AttributeError: |
BufferError | 是 | 缓冲区操作失败时抛出。 | - |
EOFError | 是 | 读取到文件末尾但无法返回数据时抛出。 | try: input() except EOFError: |
ImportError | 是 | 模块导入失败时抛出。 | try: import non_existent_module except ImportError: |
ModuleNotFoundError | 是 | 模块未找到时抛出。 | try: import non_existent_module except ModuleNotFoundError: |
LookupError | 是 | 查找操作失败的基类。 | 捕获 IndexError, KeyError |
IndexError | 是 | 序列访问越界时抛出。 | try: lst[100] except IndexError: |
KeyError | 是 | 字典查找不存在的键时抛出。 | try: dct["key"] except KeyError: |
MemoryError | 是 | 内存不足时抛出。 | - |
NameError | 是 | 访问未定义的变量时抛出。 | try: print(undefined_var) except NameError: |
UnboundLocalError | 是 | 使用未赋值的局部变量时抛出。 | - |
OSError | 是 | 系统级错误的基类，捕获文件和网络相关的错误。 | 捕获 FileNotFoundError, PermissionError, TimeoutError |
BlockingIOError | 是 | 非阻塞操作没有立即完成时抛出。 | - |
FileNotFoundError | 是 | 文件未找到时抛出。 | try: open("file.txt") except FileNotFoundError: |
PermissionError | 是 | 文件权限不足时抛出。 | try: open("file.txt", "w") except PermissionError: |
TimeoutError | 是 | 操作超时时抛出。 | - |
ReferenceError | 是 | 访问垃圾回收后的弱引用时抛出。 | - |
RuntimeError | 是 | 运行时错误的基类。 | try: raise RuntimeError("错误") except RuntimeError: |
NotImplementedError | 是 | 未实现的方法被调用时抛出。 | - |
RecursionError | 是 | 递归深度超出限制时抛出。 | try: def f(): f() except RecursionError: |
SyntaxError | 否 | 语法错误时抛出，编译时错误。 | - |
IndentationError | 否 | 缩进错误时抛出。 | - |
TabError | 否 | 混合使用 Tab 和空格时抛出。 | - |
SystemError | 否 | Python 解释器内部错误。 | - |
TypeError | 是 | 操作或函数应用于不适当类型时抛出。 | try: 1 + "a" except TypeError: |
ValueError | 是 | 函数接收到具有正确类型但不合理的参数时抛出。 | try: int("abc") except ValueError: |
UnicodeError | 是 | Unicode 编码相关错误的基类。 | 捕获 UnicodeDecodeError, UnicodeEncodeError, UnicodeTranslateError |
Warning | 是 | 可通过 warnings.catch_warnings() 捕获。 | try: warnings.warn("警告", UserWarning) except Warning: |
Python 中的异常处理
在 Python 中，异常处理通过 try、except、else 和 finally 四个关键字实现。这种机制让程序能够捕获并处理异常，避免程序崩溃，或在发生异常后执行一些清理操作。
1. try...except 基本结构
最基础的异常处理结构是 try...except，用来捕获特定类型的异常。
try:# 可能发生异常的代码x = 1 / 0
except ZeroDivisionError: # 捕获指定异常类型print("ZeroDivisionError: Division by zero!")
try: 包含可能发生异常的代码。except: 捕获并处理特定的异常。可以捕获多种类型的异常或所有异常。
2. 捕获多个异常
可以在一个 try 语句块中捕获多种异常。
try:x = int("abc")
except (ValueError, TypeError): # 捕获多个异常print("Caught ValueError or TypeError!")
3. 捕获所有异常
使用 except Exception 可以捕获所有继承自 Exception 的异常，但不推荐这样做，因为会忽略具体的错误类型。
try:x = 1 / 0
except Exception as e: # 捕获所有 Exception 类型的异常print(f"Caught an exception: {e}")
4. else 子句
else 子句在没有发生异常时执行，用于确保当 try 语句中的代码成功时执行某些操作。
try:x = 1 / 1
except ZeroDivisionError:print("Division by zero!")
else:print("No exception, division successful!")
5. finally 子句
finally 子句无论是否发生异常都会执行，常用于清理资源，例如关闭文件或数据库连接。
try:f = open("file.txt", "r")
except FileNotFoundError:print("File not found!")
finally:print("This block will always execute")if 'f' in locals():f.close()
6. 自定义异常处理
自定义异常处理结合 raise 语句可以手动抛出异常，也可以捕获并处理这些自定义异常。
class CustomError(Exception):passtry:raise CustomError("Something went wrong")
except CustomError as e:print(f"Caught custom exception: {e}")
7. 处理多个异常的结构
可以同时使用 try...except...else...finally，让代码更具健壮性。
try:num = int(input("Enter a number: "))result = 10 / num
except ValueError:print("ValueError: Please enter a valid number.")
except ZeroDivisionError:print("ZeroDivisionError: Division by zero.")
else:print(f"Division successful: {result}")
finally:print("Cleaning up resources.")
常见场景总结
- 捕获特定异常: 根据具体的错误类型捕获和处理，以提供准确的错误信息。
- 清理资源: 在
finally块中关闭文件、释放数据库连接等。 - 输入验证: 使用
try...except处理用户输入错误。
异常处理的总结表格
| 异常处理关键字 | 描述 | 使用场景 |
|---|---|---|
try | 包含可能抛出异常的代码 | 用于包围可能出错的代码段 |
except | 捕获并处理指定的异常 | 根据不同异常类型处理不同的错误 |
else | 当 try 块没有抛出异常时执行 | 只在没有异常时执行后续代码 |
finally | 无论是否发生异常，都会执行 | 清理资源，如关闭文件或网络连接 |
通过合理使用这些结构，Python 程序能够更健壮地应对错误，并保证在发生异常后进行清理工作。