異常處理：如何提高程序穩定性？
寫在前面
你好，我是禪墨！
今天，我想和你聊聊 Python 的異常處理。和其他語言一樣，異常處理是 Python 中一種很常見，並且很重要的機制與代碼規範。
在實際工作中，很多這樣的情況：一位工程師提交了代碼，不過代碼某處忘記了異常處理。碰巧這種異常發生的頻率不低，所以在代碼 push 到線上後沒多久，就會收到緊急通知——服務器崩潰了。如果事情嚴重，對用戶的影響也很大，這位工程師還得去專門的會議上做自我檢討，可以說是很慘了。這類事件層出不窮，也告訴我們，正確理解和處理程序中的異常尤爲關鍵。
錯誤與異常
首先要了解，Python 中的錯誤和異常是什麼？兩者之間又有什麼聯繫和區別呢？
通常來說，程序中的錯誤至少包括兩種，一種是語法錯誤，另一種則是異常。
所謂語法錯誤，你應該很清楚，也就是你寫的代碼不符合編程規範，無法被識別與執行，比如下面這個例子：
if name is not None
print(name)
If 語句漏掉了冒號，不符合 Python 的語法規範，所以程序就會報錯invalid syntax。
而異常則是指程序的語法正確，也可以被執行，但在執行過程中遇到了錯誤，拋出了異常，比如下面的 3 個例子：
10 / 0
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
order * 2
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'order' is not defined
1 + [1, 2]
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'list'
它們語法完全正確，但顯然，我們不能做除法時讓分母爲 0；也不能使用未定義的變量做運算；而讓一個整型和一個列表相加也是不可取的。於是，當程序運行到這些地方時，就拋出了異常，並且終止運行。例子中的ZeroDivisionError NameError和TypeError，就是三種常見的異常類型。當然，Python 中還有很多其他異常類型，比如KeyError是指字典中的鍵找不到；FileNotFoundError是指發送了讀取文件的請求，但相應的文件不存在等等，我在此不一一贅述。可自行參考文檔
處理異常
剛剛講到，如果執行到程序中某處拋出了異常，程序就會被終止並退出。你可能會問，那有沒有什麼辦法可以不終止程序，讓其照樣運行下去呢？答案當然是肯定的，這也就是我們所說的異常處理，通常使用 try 和 except 來解決，比如：
try:
s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
num1 = int(s.split(',')[0].strip())
num2 = int(s.split(',')[1].strip())
...
except ValueError as err:
print('Value Error: {}'.format(err))
print('continue')
...
這裏默認用戶輸入以逗號相隔的兩個整形數字，將其提取後，做後續的操作（注意 input 函數會將輸入轉換爲字符串類型）。如果我們輸入a,b，程序便會拋出異常invalid literal for int() with base 10: ‘a’，然後跳出 try 這個 block。
由於程序拋出的異常類型是 ValueError，和 except block 所 catch 的異常類型相匹配，所以 except block 便會被執行，最終輸出Value Error: invalid literal for int() with base 10: ‘a’，並打印出continue。
please enter two numbers separated by comma: a,b
Value Error: invalid literal for int() with base 10: ‘a’
continue
我們知道，except block 只接受與它相匹配的異常類型並執行，如果程序拋出的異常並不匹配，那麼程序照樣會終止並退出。
所以，還是剛剛這個例子，如果我們只輸入1，程序拋出的異常就是IndexError: list index out of range，與 ValueError 不匹配，那麼 except block 就不會被執行，程序便會終止並退出（continue 不會被打印）。
please enter two numbers separated by comma: 1
IndexError Traceback (most recent call last)
IndexError: list index out of range
不過，很顯然，這樣強調一種類型的寫法有很大的侷限性。那麼，該怎麼解決這個問題呢？
其中一種解決方案，是在 except block 中加入多種異常的類型，比如下面這樣的寫法：
#第一種
try:
s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
num1 = int(s.split(',')[0].strip())
num2 = int(s.split(',')[1].strip())
...
except (ValueError, IndexError) as err:
print('Error: {}'.format(err))
print('continue')
...
#第二種
try:
s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
num1 = int(s.split(',')[0].strip())
num2 = int(s.split(',')[1].strip())
...
except ValueError as err:
print('Value Error: {}'.format(err))
except IndexError as err:
print('Index Error: {}'.format(err))
print('continue')
...
這樣，每次程序執行時，except block 中只要有一個 exception 類型與實際匹配即可。
不過，很多時候，我們很難保證程序覆蓋所有的異常類型，所以，更通常的做法，是在最後一個 except block，聲明其處理的異常類型是 Exception。Exception 是其他所有非系統異常的基類，能夠匹配任意非系統異常。那麼這段代碼就可以寫成下面這樣：
try:
s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
num1 = int(s.split(',')[0].strip())
num2 = int(s.split(',')[1].strip())
...
except ValueError as err:
print('Value Error: {}'.format(err))
except IndexError as err:
print('Index Error: {}'.format(err))
except Exception as err:
print('Other error: {}'.format(err))
print('continue')
...
或者，你也可以在 except 後面省略異常類型，這表示與任意異常相匹配（包括系統異常等）：
try:
s = input('please enter two numbers separated by comma: ')
num1 = int(s.split(',')[0].strip())
num2 = int(s.split(',')[1].strip())
...
except ValueError as err:
print('Value Error: {}'.format(err))
except IndexError as err:
print('Index Error: {}'.format(err))
except:
print('Other error')
print('continue')
...
需要注意，當程序中存在多個 except block 時，最多隻有一個 except block 會被執行。換句話說，如果多個 except 聲明的異常類型都與實際相匹配，那麼只有最前面的 except block 會被執行，其他則被忽略。
異常處理中，還有一個很常見的用法是 finally，經常和 try、except 放在一起來用。無論發生什麼情況，finally block 中的語句都會被執行，哪怕前面的 try 和 excep block 中使用了 return 語句。
一個常見的應用場景，便是文件的讀取：
import sys
try:
f = open('file.txt', 'r')
.... # some data processing
except OSError as err:
print('OS error: {}'.format(err))
except:
print('Unexpected error:', sys.exc_info()[0])
finally:
f.close()
這段代碼中，try block 嘗試讀取 file.txt 這個文件，並對其中的數據進行一系列的處理，到最後，無論是讀取成功還是讀取失敗，程序都會執行 finally 中的語句——關閉這個文件流，確保文件的完整性。因此，在 finally 中，我們通常會放一些無論如何都要執行的語句。
值得一提的是，對於文件的讀取，我們也常常使用 with open，你也許在前面的例子中已經看到過，with open 會在最後自動關閉文件，讓語句更加簡潔。用戶自定義異常
自定義異常
前面的例子裏充斥了很多 Python 內置的異常類型，你可能會問，我可以創建自己的異常類型嗎？
答案是肯定是，Python 當然允許我們這麼做。下面這個例子，我們創建了自定義的異常類型 MyInputError，定義並實現了初始化函數和 str 函數（直接 print 時調用）：
class MyInputError(Exception):
"""Exception raised when there're errors in input"""
def __init__(self, value): # 自定義異常類型的初始化
self.value = value
def __str__(self): # 自定義異常類型的string表達形式
return ("{} is invalid input".format(repr(self.value)))
try:
raise MyInputError(1) # 拋出MyInputError這個異常
except MyInputError as err:
print('error: {}'.format(err))
如果你執行上述代碼塊並輸出，便會得到下面的結果：
error: 1 is invalid input
實際工作中，如果內置的異常類型無法滿足我們的需求，或者爲了讓異常更加詳細、可讀，想增加一些異常類型的其他功能，我們可以自定義所需異常類型。不過，大多數情況下，Python 內置的異常類型就足夠好了。
使用場景與注意點
學完了前面的基礎知識，接下來我們着重談一下，異常的使用場景與注意點。
通常來說，在程序中，如果我們不確定某段代碼能否成功執行，往往這個地方就需要使用異常處理。除了上述文件讀取的例子，我可以再舉一個例子來說明。
大型社交網站的後臺，需要針對用戶發送的請求返回相應記錄。用戶記錄往往儲存在 key-value 結構的數據庫中，每次有請求過來後，我們拿到用戶的 ID，並用 ID 查詢數據庫中此人的記錄，就能返回相應的結果。
而數據庫返回的原始數據，往往是 json string 的形式，這就需要我們首先對 json string 進行 decode（解碼），你可能很容易想到下面的方法：
import json
raw_data = queryDB(uid) # 根據用戶的id，返回相應的信息
data = json.loads(raw_data)
這樣的代碼是不是就足夠了呢？
要知道，在 json.loads() 函數中，輸入的字符串如果不符合其規範，那麼便無法解碼，就會拋出異常，因此加上異常處理十分必要。
try:
data = json.loads(raw_data)
....
except JSONDecodeError as err:
print('JSONDecodeError: {}'.format(err))
誠然，這樣的代碼並沒有 bug，但是讓人看了摸不着頭腦，也顯得很冗餘。如果你的代碼中充斥着這種寫法，無疑對閱讀、協作來說都是障礙。因此，對於 flow-control（流程控制）的代碼邏輯，我們一般不用異常處理。
字典這個例子，寫成下面這樣就很好。
if 'dob' in d:
value = d['dob']
...
寫在後面
最近這幾篇的閱讀量上不去啊，啊啊啊啊
我就告訴自己，再堅持堅持！加油！
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