第 6 章：异常处理与调试 — 当事情不按计划进行

"Errors should never pass silently. Unless explicitly silenced." The Zen of Python, Line 10

完美的代码不存在。文件会丢，网络会断，用户会输入离谱的数据。异常处理的目标不是掩盖失败，而是让失败可预期、可定位、可恢复。

📖 本章内容

• 1. 异常层次结构
• 2. try/except/else/finally
• 3. 自定义异常类
• 4. EAFP vs LBYL
• 5. 调试技巧
• 6. 常见异常速查表
• 代码示例
• 最佳实践
• 常见陷阱
• 练习题
• 参考资源
• 下一步

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1. 异常层次结构

日常开发中通常捕获 Exception 及其子类，不要捕获 BaseException。KeyboardInterrupt 和 SystemExit 不属于 Exception，这样 Ctrl+C 和 sys.exit() 才能正常退出程序。

BaseException
├── SystemExit
├── KeyboardInterrupt
└── Exception
    ├── ArithmeticError
    │   └── ZeroDivisionError
    ├── LookupError
    │   ├── IndexError
    │   └── KeyError
    ├── ValueError
    ├── TypeError
    ├── AttributeError
    ├── OSError
    │   ├── FileNotFoundError
    │   └── PermissionError
    └── RuntimeError

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2. try/except/else/finally

def safe_divide(a: float, b: float) -> float | None:
    try:
        result = a / b
    except ZeroDivisionError:
        print("[异常] 除数不能为零")
        return None
    except TypeError as exc:
        print(f"[异常] 类型错误: {exc}")
        return None
    else:
        print(f"[异常] 计算成功: {result}")
        return result
    finally:
        print("[异常] 清理完成")


try:
    value = int("abc")
except (ValueError, TypeError) as exc:
    print(f"捕获: {type(exc).__name__}: {exc}")

else 只在没有异常时执行，适合放正常路径逻辑；finally 无论是否异常都会执行，适合释放资源。

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3. 自定义异常类

业务代码建议定义自己的异常层次，外部调用者可以统一捕获业务错误。

class AppError(Exception):
    """应用程序基础异常。"""


class ValidationError(AppError):
    def __init__(self, field: str, message: str):
        self.field = field
        self.message = message
        super().__init__(f"验证错误 [{field}]: {message}")


class NotFoundError(AppError):
    def __init__(self, resource: str, identifier):
        self.resource = resource
        self.identifier = identifier
        super().__init__(f"{resource} 不存在: {identifier}")


def create_user(name: str, age: int) -> dict:
    if len(name) < 2:
        raise ValidationError("name", "至少 2 个字符")
    if age < 0:
        raise ValidationError("age", "不能为负数")
    return {"name": name, "age": age}

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4. EAFP vs LBYL

LBYL 是“先检查，再操作”；EAFP 是“先操作，出错再处理”。Python 更偏向 EAFP，因为它配合鸭子类型更自然，也能避免检查和使用之间的竞态条件。

# LBYL
if "key" in dictionary:
    value = dictionary["key"]
else:
    value = default

# EAFP
try:
    value = dictionary["key"]
except KeyError:
    value = default

# 这个场景下最直接
value = dictionary.get("key", default)

对比	LBYL	EAFP
思路	先检查	先尝试
风格	Java/C++ 常见	Python 常见
竞态风险	可能发生 TOCTOU	更接近原子操作
鸭子类型	容易写成类型检查	更自然

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5. 调试技巧

5.1 print 调试

def buggy_function(data):
    print(f"[DEBUG] data = {data}")
    result = process(data)
    print(f"[DEBUG] result = {result}")
    return result

5.2 logging 模块

import logging

logging.basicConfig(
    level=logging.DEBUG,
    format="%(asctime)s [%(levelname)s] %(message)s",
)

logger = logging.getLogger(__name__)

logger.debug("详细调试信息")
logger.info("正常运行信息")
logger.warning("警告信息")
logger.error("错误信息")
logger.critical("严重错误")

5.3 breakpoint()

def my_function(x):
    breakpoint()
    return x * 2

常用 pdb 命令：n 下一行，s 进入函数，c 继续执行，p expr 打印表达式，q 退出。

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6. 常见异常速查表

异常	触发条件	示例
ValueError	值不合法	int("abc")
TypeError	类型不匹配	"hello" + 42
IndexError	索引越界	[1, 2][10]
KeyError	键不存在	{}["key"]
AttributeError	属性不存在	"hello".foo
ZeroDivisionError	除以 0	1 / 0
FileNotFoundError	文件不存在	open("no.txt")
StopIteration	迭代器耗尽	next(iter([]))

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代码示例

• examples/01-exception-hierarchy.py
• examples/02-custom-exceptions.py
• examples/03-eafp-vs-lbyl.py
• examples/04-debugging.py

最佳实践

• 捕获具体异常，不要裸 except。
• 不要静默吞掉异常，至少记录日志。
• 用 raise ... from ... 保留异常链。
• 清理资源优先用 with，必要时再用 finally。
• 自定义异常继承 Exception，不要继承 BaseException。

try:
    data = load_data()
except FileNotFoundError as exc:
    raise RuntimeError("加载失败") from exc

常见陷阱

try:
    risky_operation()
except Exception:
    pass  # 不要这样做，会让问题难以定位

练习题

1. 写一个 safe_int(value, default=0)，无法转换时返回默认值。
2. 为银行账户系统定义 InsufficientFundsError 和 InvalidAmountError。
3. 给文件读取函数加上明确的异常处理和日志记录。

def safe_int(value, default: int = 0) -> int:
    try:
        return int(value)
    except (ValueError, TypeError):
        return default

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参考资源

• Python 官方文档 - 异常
• Python 官方文档 - logging
• Python 官方文档 - pdb

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下一步

你已经知道如何处理失败和定位问题。下一章学习 Pythonic 惯用法，让代码更贴近 Python 社区的写法。

👉 第 7 章：Pythonic 惯用法