异常处理与程序调试

1两类错误

语法错误（SyntaxError）：根本跑不起来

if True        # SyntaxError: expected ':'  少了冒号
   print("hi")

print("未闭合)   # 括号/引号未闭合、缩进错误都属于此类

语法错误在解释器解析阶段就会被发现，程序一行都不会执行。VS Code 通常在编写时就用红线标出。

运行时异常（Exception）：执行到某处才崩

nums = [1, 2]
print(nums[5])      # IndexError: list index out of range
print(10 / 0)       # ZeroDivisionError: division by zero
int("abc")          # ValueError: invalid literal
print(undefined)    # NameError: name 'undefined' is not defined

读懂 Traceback（报错栈）

Traceback (most recent call last):
  File "app.py", line 10, in <module>      ← 最外层
    main()
  File "app.py", line 7, in main           ← 调用链向下追
    process(data)
  File "app.py", line 3, in process        ← 出错的最内层（重点看这里！）
    return int(data)
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'abc'
   ↑异常类型              ↑具体错误原因

2常见异常与继承体系

BaseException
 └── Exception                # 所有"常规异常"的基类
      ├── ValueError           # 值的类型对但内容非法：int("abc")
      ├── TypeError            # 类型不对："a" + 1
      ├── KeyError             # 字典键不存在
      ├── IndexError           # 序列下标越界
      ├── AttributeError       # 对象没有该属性/方法
      ├── NameError            # 变量名未定义
      ├── ZeroDivisionError    # 除数为 0
      ├── FileNotFoundError    # 文件不存在
      ├── ImportError/ModuleNotFoundError  # 导入失败
      ├── StopIteration        # 迭代结束
      └── ...

3try-except：优雅地处理异常

# 基础结构
try:
    num = int(input("输入一个整数："))
    print(10 / num)
except ValueError:
    print("输入的不是合法整数")
except ZeroDivisionError:
    print("0 不能作除数")
except Exception:
    print("发生了其他错误")
else:
    print("没有异常时才执行")
finally:
    print("无论是否异常都会执行（常用于关闭资源）")

各代码块职责

一次捕获多种异常

try:
    ...
except (ValueError, TypeError) as e:     # 元组合并捕获
    print("数据有问题：", e)             # as e 拿到异常对象，e 就是错误信息
    print(type(e).__name__)              # 'ValueError'

# 捕获顺序：先具体后宽泛！
try:
    ...
except FileNotFoundError:                # 子类异常写前面
    print("文件不存在")
except OSError:                          # 父类兜底写后面
    print("其他 IO 错误")
except Exception:                       # 最宽泛的常规异常
    print("未知错误")

finally 与 return 的执行顺序

def f():
    try:
        return 1
    finally:
        print("finally 仍会执行")    # return 前先打印这句，再真正返回

print(f())

4raise：主动抛出异常

def set_age(age):
    if not isinstance(age, int):
        raise TypeError("年龄必须是整数")
    if age < 0 or age > 150:
        raise ValueError(f"年龄不合法：{age}")
    return age

try:
    set_age(-1)
except ValueError as e:
    print("捕获：", e)        # 捕获： 年龄不合法：-1

也可以把捕获到的异常重新抛出（记录日志后向上传播）：

try:
    int("abc")
except ValueError:
    print("记录日志：转换失败")
    raise                     # 不带参数：原样继续向上抛

5自定义异常

业务错误用自定义异常表达，语义清晰、方便上层分别处理：

# 约定：继承 Exception（而不是 BaseException）
class NLPError(Exception):
    """NLP 模块基础异常。"""

class EmptyTextError(NLPError):
    """输入文本为空。"""

class UnsupportedLangError(NLPError):
    """不支持的语言。"""


def tokenize(text, lang="zh"):
    if not text or not text.strip():
        raise EmptyTextError("待分词文本不能为空")
    if lang not in ("zh", "en"):
        raise UnsupportedLangError(f"暂不支持语言：{lang}")
    return list(text)


try:
    tokenize("   ")
except NLPError as e:          # 一次接住本模块所有自定义异常
    print("处理失败：", type(e).__name__, e)

6异常处理最佳实践

LBYL vs EAFP

d = {}
if "key" in d and isinstance(d["key"], int):
    print(d["key"] + 1)
else:
    print("数据不可用")

d = {}
try:
    print(d["key"] + 1)
except (KeyError, TypeError):
    print("数据不可用")

Python 官方推荐 EAFP（Easier to Ask Forgiveness than Permission）：异常开销低，代码更关注主流程。但用户输入、文件、网络等"正常也会失败"的场景，优先校验给出友好提示。

7程序调试五件套

① print 大法

# f-string 的 = 说明符是调试利器（3.8+）
def buggy(a, b):
    print(f"{a=}, {b=}")           # a=1, b=0
    result = a / b
    print(f"{result=}")
    return result
# buggy(1, 0)

② assert 断言

def avg(nums):
    assert len(nums) > 0, "nums 不能为空"      # 条件不成立立即 AssertionError
    return sum(nums) / len(nums)
# 断言用于开发期捕捉"绝不该发生"的情况；不要用它做用户输入校验
# （python -O 优化模式会跳过断言）

③ logging 日志（项目级首选）

import logging
logging.basicConfig(
    level=logging.INFO,
    format="%(asctime)s [%(levelname)s] %(message)s",
    filename="app.log",            # 不加则输出到控制台
    encoding="utf-8"
)
logging.debug("细节信息")     # 默认不显示
logging.info("普通流程信息")
logging.warning("警告")
logging.error("出错了")
try:
    1 / 0
except ZeroDivisionError:
    logging.exception("除零现场")  # 自动附带完整堆栈，排查神器

④ pdb 交互式调试（标准库自带）

import pdb

def f(n):
    total = 0
    for i in range(n):
        total += i
        pdb.set_trace()      # 程序在此暂停，进入交互式调试
    return total

# f(3)
# 常用命令：n(下一行)  s(进入函数)  c(继续)  p 变量名(查看)
#           l(看代码)  b 行号(断点)  q(退出)  w(调用栈)
# Python 3.7+ 也可直接用命令行：python -m pdb app.py
# VS Code 中在代码里写 breakpoint() 即可触发可视化调试

⑤ IDE 断点调试（日常效率最高）

1. 在 VS Code 行号左侧点一下，出现红点 = 断点。
2. 按 F5（或菜单 运行→启动调试）选择 Python File。
3. 程序停在断点后，可：悬停查看变量、在左侧面板监视表达式、F10 单步跳过 / F11 单步进入、在调试控制台直接输入表达式求值。

8综合案例：健壮的文件读取函数

import logging

def read_text_file(path, encoding="utf-8"):
    """安全读取文本文件，失败时返回 None 并记录日志。"""
    try:
        with open(path, "r", encoding=encoding) as f:
            return f.read()
    except FileNotFoundError:
        logging.warning("文件不存在：%s", path)
    except UnicodeDecodeError:
        logging.error("编码错误，请确认文件是否为 %s 编码", encoding)
    except OSError as e:
        logging.exception("读取文件发生 IO 错误：%s", e)
    return None

content = read_text_file("maybe_exist.txt")
if content is not None:
    print("读取成功，长度", len(content))
else:
    print("使用默认内容继续运行…")

9本章小结与练习