Обработка исключений в Python
Что вы предпринимаете, когда с работой вашей программы что-то идет не так? Допустим, вы пытаетесь открыть файл, но вы ввели неверный путь, или вы хотите узнать информацию у пользователей и они пишут какую-то бессмыслицу. Вы не хотите, чтобы ваша программа крэшилась, по-этому вы выполняете обработку исключений. В Пайтоне, конструкция всегда обернута в то, что называется try/except. В данном разделе мы рассмотрим следующие понятия:
Начнем со знакомства с самыми обычными исключениями, которые вы увидите в Пайтоне. Обратите внимание на то, что ошибка и исключение – два разных слова, описывающие одно и то же, в контексте обработки исключений.
Основные исключения
Вы уже сталкивались со множеством исключений. Ниже изложен список основных встроенных исключений (определение в документации к Пайтону):
Существует много других исключений, но вы вряд ли будете сталкиваться с ними так же часто. В целом, если вы заинтересованы, вы можете узнать больше о них в документации Пайтон.
Как обрабатывать исключения?
Обработка исключений в Пайтон – это очень просто. Потратим немного времени и напишем несколько примеров, которые их вызовут. Мы начнем с одной из самых элементарных проблем: деление на ноль.
Базовые математические операции в Python
У мение эффективно применять математические операции в рамках программирования – важный навык, который необходимо развивать, потому как с числами предстоит работать постоянно. Алгоритмы, функции, теория множеств, алгебра логики, комбинаторика и статистика — программисты пользуются ими регулярно и повсеместно.
Но не всё так страшно. Да, понимание математики на высоком уровне помогает стать высококвалифицированным программистом, но оно не является для этого обязательным условием. Тем не менее базовые вещи знать придётся. А в основе всех мощных математических инструментов лежат простые и понятные операции.
Сложение (+)
И самая простая и понятная из них — сложение. Никаких «подводных камней»: берём два или более чисел, пишем между ними знак » + » и присваиваем результат выражения переменной (или сразу выводим сумму на экран):
x = 5 y = 3 z = x + y print(z) > 8
Сложим несколько вещественных чисел и выведем их на экран без предварительной инициализации результирующей переменной:
q = 4.5 w = 2.5 e = 2.5 r = 0.5 print(q + w + e + r) > 10.0
Вообще говоря, если хотя бы одно из слагаемых — число вещественное, то вещественным будет и весь результат.
num1 = 10 num2 = 15 num3 = 10.0 sum = num1 + num2 + num3 print(sum) > 35.0 print(type(sum)) >
Вычитание (-)
Вычитание – это обратная операция сложению. Оператором выступает знак «-«:
Умножение (*)
Как и две предыдущие операции, умножение в Python не таит в себе никаких скрытых или неочевидных особенностей. Умножаем два или более чисел при помощи оператора «звёздочка» ( * ):
Деление (/)
Сложение, вычитание и умножение тривиальны, а вот с делением не всё так просто. В Python существует три вида деления и столько же разных операторов. Начнём с истинного деления, за которое отвечает оператор » / «. Его главным отличием является то, что, вне зависимости от типов операндов, будет возвращен вещественный результат ( float ).
print(8/2) > 4.0 # делимое и делитель — int числа, а частое — float print(type(8/2)) > print(8/3) > 2.6666666666666665
Этот вид деления наиболее близок к обычному и знакомому нам математическому. И здесь тоже нельзя делить на ноль:
print(8/0) > ZeroDivisionError: division by zero
💁 Немного истории. В старых версиях Питон оператор «/» выполнял операцию классического деления: т.е. он делил целочисленно и усекал дробную часть в том случае, когда делимое и делитель были целыми. Если же операнды принадлежали к множеству вещественных чисел, то проводилось деление с сохранением дробной части, и результат был float.
Разработчики отказались от классического деления в Python 3.0 и вместо него добавили истинное деление. Архитекторы языка пошли на такой шаг по той причине, что в предыдущей модели классического деления результаты напрямую зависели от типов операндов. Из-за этого возникали трудности с их предварительной идентификацией и оценкой, что было особенно критично для Питона, как для языка с динамической типизацией.
Целочисленное деление (//)
print(15//2) # видно, что результат округлился в меньшую сторону > 7 # и остался целочисленным, поскольку и делимое, и делитель — int числа print(type(15//2)) >
При изменении любого из операндов на вещественное число, результат также изменится и станет float :
print(15//3.1) > 4.0 print(type(15//3.1)) >
Об округлении вниз важно помнить, когда работа идёт с отрицательными числами:
На ноль всё ещё нельзя делить:
print(15//0) > ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
Остаток от деления (%)
Остаток от деления ещё называют делением по модулю. Оператор » % » сначала делит, а затем возвращает остаток.
print(21 % 3) > 0 print(21 % 5) > 1 print(21 % 0) > ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero
Остаток может не быть целочисленным:
print(21.3 % 3) > 0.3000000000000007
Но вся прелесть данного оператора заключается не в возвращаемом им значении остатка.
Главная фишка деления по модулю в том, что с его помощью легко проверяется факт делимости одного числа на другое
А отсюда вытекают и проверки на чётность/нечётность:
import random def parity_check(num): «»» функция, проверяющая четность числа. Любое четное число делится на 2 без остатка. «»» if num % 2 == 0: return ‘Число чётное’ else: return ‘Число нечётное’ # сгенерируем случайное число и проверим работу функции rnum = random.randint(0, 100) print(rnum) print(parity_check(rnum)) > 62 > Число чётное
💭 Проверка числа на чётность/нечётность будет часто встречаться в вашей работе.
Возведение в степень (**)
Нетипичный оператор для большинства других языков программирования. Тем он и удобен. Парная «звёздочка» ( ** ) выполняет классическое математическое возведение числа «a» в степень «b»:
a = 2 b = 10 print(a ** b) > 1024
И показатель степени, и основание могут быть отрицательными:
# степень 0.5 аналогична квадратному корню a = 100 b = 0.5 print(a ** b) > 10.0 a = 0.5 b = 2 print(a ** b) > 0.25
Операндов у возведения в степень также может быть несколько. В таком случае, оператор » ** » работает, как право-ассоциативный (т.е. операции выполняются справа-налево):
print(2 ** 2 ** 3) # Сначала выполняется 2 ** 3, а затем уже 2 ** 8. > 256
В завершении — про приоритет операций. Если в выражении используются разные операторы, то порядок их выполнения будет следующим:
ZeroDivisionError: division by zero
ZeroDivisionError occurs when a number is divided by a zero. In Mathematics, when a number is divided by a zero, the result is an infinite number. It is impossible to write an Infinite number physically. Python interpreter throws “ZeroDivisionError: division by zero” error if the result is infinite number.
You can divide a number by another number. The division operation divides a number into equal parts or groups. Dividing a number into zero pieces or zero groups is meaning less. In mathematics, dividing a number by zero is undefined.
If a number is divided by zero, the result wil be infinite number. Python can not handle the infinite number because the infinite number is difficult to write in concrete form. In this case, Python throws “ZeroDivisionError: division by zero”. The error would be thrown as like below.
Different Variation of the error
In different contexts the Zero Division Error-division by zero is thrown in various forms in python. The numerous variations of ZeroDivisionError are given below.
Root Cause
The zero division error is due to either a number being divided by zero, or a number being modulo by zero. The denominator of the division operation should be a non zero numeric value. If the demonimator is zero then ZeroDivisionError will be thrown by python interpreter.
Dividing a number into zero pieces or zero groups does not make sense. The result is infinite number not representable in python. Therefore, python throws “ZeroDivisionError: integer division or modulo by zero”. This error occurs for all numbers such as integer, long, float and complex number
How to reproduce this issue
A number must be divided by an another non zero number. Python interpreter will throw ZeroDivisionError if you create a simple program with a number divided by zero. If the division denominator is set to zero, then this error will occur.
The example code below shows how this issue can be reproduced.
Output
Solution 1
Python can not divide a number by zero. Before doing a division or modulo operation, the denominator must be verified for nonzero. The code below shows how to handle a denominator when it is zero.
Output
Solution 2
If the program is not sure of the denominator value, the denominator value may be zero in some rare cases. In this case, handle the ZeroDivisionError when it occurs. The example below shows how to handle the exception of ZeroDivisionError in the code.
Output
Solution 3
In the program, if the denominator is zero, the output of the division operation can be set to zero. Mathematically, this may not be correct. Setting zero for the division operation will solve this issue in real-time calculation. The following code shows how to set the zero for the division operation.
Значения исключений и ошибок в Python
Обработка ошибок увеличивает отказоустойчивость кода, защищая его от потенциальных сбоев, которые могут привести к преждевременному завершению работы.
Прежде чем переходить к обсуждению того, почему обработка исключений так важна, и рассматривать встроенные в Python исключения, важно понять, что есть тонкая грань между понятиями ошибки и исключения.
Обработка исключений делает код более отказоустойчивым и помогает предотвращать потенциальные проблемы, которые могут привести к преждевременной остановке выполнения. Представьте код, который готов к развертыванию, но все равно прекращает работу из-за исключения. Клиент такой не примет, поэтому стоит заранее обработать конкретные исключения, чтобы избежать неразберихи.
Ошибки могут быть разных видов:
Разберем их по очереди.
Синтаксические ошибки (SyntaxError)
Синтаксические ошибки часто называют ошибками разбора. Они возникают, когда интерпретатор обнаруживает синтаксическую проблему в коде.
Рассмотрим на примере.
Стрелка вверху указывает на место, где интерпретатор получил ошибку при попытке исполнения. Знак перед стрелкой указывает на причину проблемы. Для устранения таких фундаментальных ошибок Python будет делать большую часть работы за программиста, выводя название файла и номер строки, где была обнаружена ошибка.
Недостаточно памяти (OutofMemoryError)
Но поскольку Python использует архитектуру управления памятью из языка C (функция malloc() ), не факт, что все процессы восстановятся — в некоторых случаях MemoryError приведет к остановке. Следовательно, обрабатывать такие ошибки не рекомендуется, и это не считается хорошей практикой.
Ошибка рекурсии (RecursionError)
Эта ошибка связана со стеком и происходит при вызове функций. Как и предполагает название, ошибка рекурсии возникает, когда внутри друг друга исполняется много методов (один из которых — с бесконечной рекурсией), но это ограничено размером стека.
Все локальные переменные и методы размещаются в стеке. Для каждого вызова метода создается стековый кадр (фрейм), внутрь которого помещаются данные переменной или результат вызова метода. Когда исполнение метода завершается, его элемент удаляется.
Ошибка отступа (IndentationError)
Эта ошибка похожа по духу на синтаксическую и является ее подвидом. Тем не менее она возникает только в случае проблем с отступами.
Исключения
Даже если синтаксис в инструкции или само выражение верны, они все равно могут вызывать ошибки при исполнении. Исключения Python — это ошибки, обнаруживаемые при исполнении, но не являющиеся критическими. Скоро вы узнаете, как справляться с ними в программах Python. Объект исключения создается при вызове исключения Python. Если скрипт не обрабатывает исключение явно, программа будет остановлена принудительно.
Программы обычно не обрабатывают исключения, что приводит к подобным сообщениям об ошибке:
Ошибка типа (TypeError)
Ошибка деления на ноль (ZeroDivisionError)
Оставшаяся часть строки с ошибкой предлагает подробности о причине ошибки на основе ее типа.
Теперь рассмотрим встроенные исключения Python.
Встроенные исключения
Прежде чем переходить к разбору встроенных исключений быстро вспомним 4 основных компонента обработки исключения, как показано на этой схеме.
В следующем разделе руководства больше узнаете об общих типах исключений и научитесь обрабатывать их с помощью инструмента обработки исключения.
Ошибка прерывания с клавиатуры (KeyboardInterrupt)
Исключение KeyboardInterrupt вызывается при попытке остановить программу с помощью сочетания Ctrl + C или Ctrl + Z в командной строке или ядре в Jupyter Notebook. Иногда это происходит неумышленно и подобная обработка поможет избежать подобных ситуаций.
Стандартные ошибки (StandardError)
Рассмотрим некоторые базовые ошибки в программировании.
Арифметические ошибки (ArithmeticError)
Все перечисленные выше исключения относятся к классу Arithmetic и вызываются при ошибках в арифметических операциях.
Деление на ноль (ZeroDivisionError)
Когда делитель (второй аргумент операции деления) или знаменатель равны нулю, тогда результатом будет ошибка деления на ноль.
Переполнение (OverflowError)
Ошибка переполнение вызывается, когда результат операции выходил за пределы диапазона. Она характерна для целых чисел вне диапазона.
Ошибка утверждения (AssertionError)
Когда инструкция утверждения не верна, вызывается ошибка утверждения.
Ошибка атрибута (AttributeError)
Ошибка импорта (ModuleNotFoundError)
Ошибка импорта вызывается при попытке импортировать несуществующий (или неспособный загрузиться) модуль в стандартном пути или даже при допущенной ошибке в имени.
Ошибка поиска (LookupError)
LockupError выступает базовым классом для исключений, которые происходят, когда key или index используются для связывания или последовательность списка/словаря неверна или не существует.
Здесь есть два вида исключений:
Ошибка ключа
Ошибка индекса
Если пытаться получить доступ к индексу (последовательности) списка, которого не существует в этом списке или находится вне его диапазона, будет вызвана ошибка индекса (IndexError: list index out of range python).
Ошибка памяти (MemoryError)
Как уже упоминалось, ошибка памяти вызывается, когда операции не хватает памяти для выполнения.
Ошибка имени (NameError)
Ошибка имени возникает, когда локальное или глобальное имя не находится.
Ошибка выполнения (Runtime Error)
Ошибка типа (TypeError)
Ошибка типа вызывается при попытке объединить два несовместимых операнда или объекта.
В примере ниже целое число пытаются добавить к строке, что приводит к ошибке типа.
Ошибка значения (ValueError)
Ошибка значения вызывается, когда встроенная операция или функция получают аргумент с корректным типом, но недопустимым значением.
В этом примере встроенная операция float получат аргумент, представляющий собой последовательность символов (значение), что является недопустимым значением для типа: число с плавающей точкой.
Пользовательские исключения в Python
В Python есть много встроенных исключений для использования в программе. Но иногда нужно создавать собственные со своими сообщениями для конкретных целей.
Это можно сделать, создав новый класс, который будет наследовать из класса Exception в Python.
В предыдущем примере если ввести что-либо меньше 1, будет вызвано исключение. Многие стандартные исключения имеют собственные исключения, которые вызываются при возникновении проблем в работе их функций.
Недостатки обработки исключений в Python
У использования исключений есть свои побочные эффекты, как, например, то, что программы с блоками try-except работают медленнее, а количество кода возрастает.
Поэтому стоит ограничить использование обработки исключений в Python и применять его в редких случаях. Например, когда вы не уверены, что будет вводом: целое или число с плавающей точкой, или не уверены, существует ли файл, который нужно открыть.
Выводы!
Как вы могли увидеть, обработка исключений помогает прервать типичный поток программы с помощью специального механизма, который делает код более отказоустойчивым.
Обработка исключений — один из основных факторов, который делает код готовым к развертыванию. Это простая концепция, построенная всего на 4 блоках: try выискивает исключения, а except их обрабатывает.
Очень важно поупражняться в их использовании, чтобы сделать свой код более отказоустойчивым.
Мир Python: исключения — Python для продвинутых
Введение
В этом уроке вы узнаете о важном средстве языка, без которого крупная программа не может обойтись. Речь пойдет об исключениях. Что это такое, как ими пользоваться и как создавать собственные?
Исключительные ситуации или исключения (exceptions) – это ошибки, обнаруженные при исполнении. Например, к чему приведет попытка чтения несуществующего файла? Или если файл был случайно удален пока программа работала? Такие ситуации обрабатываются при помощи исключений.
Если же Python не может понять, как обойти сложившуюся ситуацию, то ему не остается ничего кроме как поднять руки и сообщить, что обнаружил ошибку. В общем, исключения необходимы, чтобы сообщать программисту об ошибках.
В данном случае интерпретатор сообщил нам об исключении ZeroDivisionError – делении на ноль.
Traceback
В большой программе исключения часто возникают внутри. Чтобы упростить программисту понимание ошибки и причины такого поведения Python предлагает Traceback или в сленге – трэйс. Каждое исключение содержит краткую информацию, но при этом полную, информацию о месте появления ошибки. По трэйсу найти и исправить ошибку становится проще.
Рассмотрим такой пример:
В данном примере чётко видно, какой путь исполнения у программы. Смотрим снизу вверх и по шагам понимаем, как же мы докатились до такого исключения.
Рассмотрим какие ещё встречаются комментарии к исключениям:
В данном примере при попытке сложить целое число и строку мы получаем исключение TypeError. В описании сразу же становится ясно, что же мы не так написали.
Приведение строчки к целому числу приводит к исключению ValueError.
В трэйсе этих двух примеров можно прочесть, что в таком-то файле на такой-то строчке есть ошибки.
На этом список встроенных исключений не заканчивается, в следующем разделе рассмотрены основные исключения и причины их возникновения.
Иерархия исключений
Исключение, которое вы не увидите при выполнении кода – это BaseException – базовое исключение, от которого берут начало остальные.
В иерархии исключений две основные группы:
Если обработку первых лучше не делать (если и делать, то надо четко понимать для чего), то обработку вторых целиком и полностью Python возлагает на плечи программиста.
К системным можно смело отнести:
Остальные исключения – это «обыкновенные». Спектр уже готовых исключений велик.
Для Python2 иерархию исключений можно представить так:
Список исключений покрывает большой объем ситуаций и ошибок программиста. Если предупреждения (warning) только просят обратить внимание, то ошибки уже могут остановить исполнение программы.
В Python3 появились новые исключения и иерархия стала такова:
В целом заметно, что при создании Python3 добавлен блок новых исключений. Но даже этих почти 70 исключений не хватает при написании программ на языке Python.
Использование исключений
Мы рассмотрели что такое исключения, какие они бывают и как их анализировать. Но до сих пор явно не рассмотрели такую важную вещь, как их использование.
Начнем с обработки.
Обработка исключений
Давайте рассмотрим случай с делением на 0.
Если исполнить этот код, то на консоль будет выведена строка «integer division or modulo by zero«. Казалось бы, что толком ничего это нам не дало, ошибка все также есть. Однако в блок except можно поместить обработку.
Перед тем как идти дальше, рассмотрим ещё одну возможность.
Пускай у нас файл с данными в файловой системе, и необходимо его прочитать. В этом случае сразу же всплывают несколько исключительных ситуаций, такие как: нет файла, файл битый, файл пустой (по заданию мы знаем, что в нём данные) и другие.
Используя исключения, можно вот так решить эту задачу:
В данном вымышленном коде новый ход – перехват нескольких видов исключений. Когда исключение брошено, оно сравнивается сверху вниз с каждым типом, пока не найдено совпадение. Если совпадения нет, то исключение пойдет наверх по цепочке исполнения кода.
Если обработка для разных типов исключений одинакова, то уменьшить количество кода становится не проблемой:
Вызов исключений
При работе с исключениями программист тратит большую часть времени на обработку, но при этом возникают ситуации, когда исключениями надо и бросать в других.
На сленге программистов «бросить исключение» означает написать код, который при исполнении будет инициировать исключительную ситуацию.
Например, функция, которая решает квадратное уравнение. Вы условились, что корни только вещественные, тогда в случае комплексных корней стоит бросить исключение.
Чтобы бросить исключение необходимо воспользоваться raise
где IOError это класс исключения.
Если при обработке исключения вы желаете пробросить его ещё выше, то следует написать такой код:
Собственные исключения
При написании собственных программ разумное желание добавить выразительности коду, а так же обратить внимание других программистов на особые исключительные ситуации. Для решения этой задачи стоит использовать собственные исключения.
В минимальном исполнении необходимо наследоваться от какого-нибудь класса в иерархии исключений. Например так:
Тогда можно бросить своё исключение:
Легко заметить, мы создаем класс, а значит всё, что мы знаем о классах, справедливо и для исключений. Можно завести переменные и делать их обработку.
Как правило, исключения это очень маленькие классы. Они должны выполняться максимально быстро.
Дополнение: Полная форма try..except
Применение полной конструкции может заметно упростить код, а также сделать его более безопасным.
Представим, что в программе происходит чтение файла и необходимо убедиться, что объект файла был корректно закрыт и что не возникло никакого исключения. Этого можно достичь с применением блока finally.
Иными словами, finally выполняет блок инструкций в любом случае, было ли исключение, или нет. А инструкция else выполняется в том случае, если исключения не было.
В целом, использование полной формы таково:
Выводы
В уроке рассмотрены вопросы связанные с исключениями:
Остались вопросы? Задайте их в разделе «Обсуждение»
Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты.
Нашли опечатку или неточность?
Выделите текст, нажмите ctrl + enter и отправьте его нам. В течение нескольких дней мы исправим ошибку или улучшим формулировку.
Что-то не получается или материал кажется сложным?
Загляните в раздел «Обсуждение»:
Об обучении на Хекслете
Открыть доступ
Курсы программирования для новичков и опытных разработчиков. Начните обучение бесплатно.
