《数据结构与算法：Python语言描述》一2.4Python异常

2.4Python异常

现在简单介绍Python异常与类的关系，语言内建的异常类层次结构，以及Python语言如何利用面向对象的观点组织异常处理过程。编程中有时需要自己定义异常（类型），如果需要这样做，就应该选一个系统异常类，从它派生。

2.4.1异常类和自定义异常

异常是Python语言中的一套特殊的控制机制，主要用于支持错误的检查和处理，也可以用于实现特殊的控制转移。如果程序执行中发生异常，无论是解释器发现的异常情况（例如除零或类型错误等），还是通过raise语句引发的异常，正常执行控制流立刻终止，解释器转入异常处理模式，查找能处理所发生异常的处理器。如果找不到相应的异常处理器，在交互解释环境下，系统将在环境中输出错误信息，结束当前执行并回到系统的交互状态，等待下一输入。在直接执行方式下，当前程序直接终止。
程序运行中发生的每个异常都有特定的名字，如ValueError、TypeError、ZeroDivision-Error等，解释器根据发生的异常去查找处理器。Python里处理异常的结构是try语句。每个try语句可以带有任意多个except子句，这种子句就是异常处理器，子句头部用一个表达式描述它捕捉和处理的异常。
实际上，Python的异常都是类（class），运行中产生异常就是生成相应类的实例对象，异常处理机制完全基于面向对象的概念和性质。全体内部异常类构成了一个树形结构，所有异常类的基类是BaseException，其最主要的子类是Exception，内置异常类都是这个类的直接或间接派生类。如果用户需要定义异常，就应该从系统异常类中选择一个合适的异常，从它派生出自己的异常类。例如：

class RationalError(ValueError):
    pass

最简单的情况（很常见）只是希望定义一种特殊异常，并不需要这种异常有什么特殊功能（如上即是）。在这种情况下，选一个系统异常类派生自己的异常类，类体不需要定义任何属性。但为了语法完整，可以在这里写一个pass语句。
如果运行中发生异常，查找相应处理器的工作由解释器完成，这里的工作方式也基于对象和类的关系。在一个except子句头部可以列出一个或多个异常名（一般说，是表示异常类的表达式），列出多个异常名时需要采用括号括起的元组形式。列在except子句头部的异常名表示本异常处理器准备捕捉和处理的异常。
运行中发生的异常与处理器的匹配按面向对象的方式处理。假设运行中发生的异常是e，如果一个异常处理器头部列有异常名E，且isinstance(e,E)为真，那么这个处理器就能捕捉并处理异常e。举例说，如果运行中引发了一个RationalError异常，某个处理器头部列出了RationalError，或者ValueError，或者Exception，该处理器都能捕捉这个异常。当然，匹配ValueError的处理器还能捕捉和处理其他异常，匹配Exception的处理器能捕捉和处理各种主要异常。

2.4.2异常的传播和捕捉

运行中的异常可能发生在模块层面的语句的执行中，更多情况是发生在某个函数的执行中。假设在函数f的执行中发生异常e，当前执行立即中断，解释器转入异常处理模式，设法找到处理e的处理器。有关查找过程如下：
首先在发生异常的函数体里查找处理器：
如果发生异常的语句位于一个try语句体里，首先顺序检查这个try语句后部的各except子句，检查是否存在能处理e的处理器。
如果发生异常的try语句的所有异常处理器都不能处理e，解释器转去查看包围着该try语句的外围try语句（如果存在），检查是否存在能与e匹配的异常处理器。这个查找过程将在e发生的函数f里逐层进行。
如果e不能在函数f里处理，f的执行异常终止，e在函数f这次执行的调用点重新引发，导致又一轮处理器查找工作。查找规则与上面一样。
如果上面查找过程在某一步找到了与e匹配的处理器，解释器就转去执行该except子句的体（异常处理器代码）。执行完这段代码后，解释器回到正常执行模式，从该异常处理器所在的try语句之后继续执行。
上述查找过程可能导致函数一层层以异常方式退出，有可能一直退到当前模块的最上层也没有找到与之匹配的处理器：
如果程序是在解释器的交互方式下执行，Python解释器终止该模块执行并回到交互状态，输出错误信息后等待用户的下一个命令。
如果程序是自主执行（或称按批处理方式执行），该程序立即终止。
如果异常发生在主模块的表层（不在任何函数里），处理过程同样如上所述。
在异常处理过程中还可能出现一些情况。例如，正在执行处理器代码时又发生了新异常；或者处理中遇到某些特殊情况，需要引发新的异常。Python语言里还有关于这些情况的细节规定，这里就不继续讨论了。

2.4.3内置的标准异常类

Python语言定义了一套标准异常类，它们都是BaseException的派生类，其最重要子类是Exception，标准异常类都是Exception的直接或间接派生类。
下面是一些常见异常，后面有些例子从其中一些异常派生自己的异常类：

BaseException
+-- SystemExit
+-- KeyboardInterrupt
+-- GeneratorExit
+-- Exception
     +-- ArithmeticError
     |    +-- FloatingPointError
     |    +-- OverflowError
     |    +-- ZeroDivisionError
     +-- AssertionError
     +-- AttributeError
     +-- EOFError
     +-- ImportError
     +-- LookupError
     |    +-- IndexError
     |    +-- KeyError
     +-- NameError
     |    +-- UnboundLocalError
     +-- OSError
     |    +-- BlockingIOError
     |    +-- ChildProcessError
     |    +-- ConnectionError
     |    |    +-- BrokenPipeError
     |    |    +-- ConnectionAbortedError
     |    |    +-- ConnectionRefusedError
     |    |    +-- ConnectionResetError
     |    +-- FileExistsError
     |    +-- FileNotFoundError
     |    +-- InterruptedError
     |    +-- IsADirectoryError
     |    +-- NotADirectoryError
     |    +-- PermissionError
     |    +-- ProcessLookupError
     |    +-- TimeoutError
     +-- ReferenceError
     +-- RuntimeError
     |    +-- NotImplementedError
     +-- SyntaxError
     |    +-- IndentationError
     |         +-- TabError
     +-- SystemError
     +-- TypeError
     +-- ValueError
     |    +-- UnicodeError
     |         +-- UnicodeDecodeError
     |         +-- UnicodeEncodeError
     |         +-- UnicodeTranslateError

这个图并不完全，还有一些被分类为“警告”（Warning）的异常等。