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Python异常处理机制的底层实现

前面章节中,我们详细介绍了try except异常处理的用法,简单来说,当位于 try 块中的程序执行出现异常时,会将该种异常捕获,同时找到对应的 except 块处理该异常,那么这里就有一个问题,它是如何找到对应的 except 块的呢?

我们知道,一个 try 块也可以对应多个 except 块,一个 except 块可以同时处理多种异常。如果我们想使用一个 except 块处理所有异常,就可以这样写:
try:
    #...
except Exception:
    #...
这种情况下,对于 try 块中可能出现的任何异常,Python 解释器都会交给仅有的这个 except 块处理,因为它的参数是 Exception,表示可以接收任何类型的异常。

注意,对于可以接收任何异常的 except 来说,其后可以跟 Exception,也可以不跟任何参数,但表示的含义都是一样的。

这里就要详细介绍一下 Exception。要知道,为了表示程序中可能出现的各种异常,Python 提供了大量的异常类,这些异常类之间有严格的继承关系,图 1 显示了 Python 的常见异常类之间的继承关系。

Python 的常见异常类之间的继承关系
图 1 Python 的常见异常类之间的继承关系

从图 1 中可以看出,BaseException 是 Python 中所有异常类的基类,但对于我们来说,最主要的是 Exception 类,因为程序中可能出现的各种异常,都继承自 Exception。

因此,如果用户要实现自定义异常,不应该继承 BaseException ,而应该继承 Exception 类。关于如何自定义一个异常类,可阅读《Python自定义异常类》一节。

当 try 块捕获到异常对象后,Python 解释器会拿这个异常类型依次和各个 except 块指定的异常类进行比较,如果捕获到的这个异常类,和某个 except 块后的异常类一样,又或者是该异常类的子类,那么 Python 解释器就会调用这个 except 块来处理异常;反之,Python 解释器会继续比较,直到和最后一个 except 比较完,如果没有比对成功,则证明该异常无法处理。

图 2 演示了位于 try 块中的程序发生异常时,从捕获异常到处理异常的整个流程。

Python 异常捕获流程示意图
图 2 Python 异常捕获流程示意图

下面看几个简单的异常捕获的例子:
try:
    a = int(input("输入 a:"))
    b = int(input("输入 b:"))
    print( a/b )
except ValueError:
    print("数值错误:程序只能接收整数参数")
except ArithmeticError:
    print("算术错误")
except Exception:
    print("未知异常")
该程序中,根据用户输入 a 和 b 值的不同,可能会导致 ValueError、ArithmeticError 异常:
  1. 如果用户输入的 a 或者 b 是其他字符,而不是数字,会发生 ValueError 异常,try 块会捕获到该类型异常,同时 Python 解释器会调用第一个 except 块处理异常;
  2. 如果用户输入的 a 和 b 是数字,但 b 的值为 0,由于在进行除法运算时除数不能为 0,因此会发生 ArithmeticError 异常,try 块会捕获该异常,同时 Python 解释器会调用第二个 except 块处理异常;
  3. 当然,程序运行过程中,还可能由于其他因素出现异常,try 块都可以捕获,同时 Python 会调用最后一个 except 块来处理。

当一个 try 块配有多个 except 块时,这些 except 块应遵循这样一个排序规则,即可处理全部异常的 except 块(参数为 Exception,也可以什么都不写)要放到所有 except 块的后面,且所有父类异常的 except 块要放到子类异常的 except 块的后面。

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