Обработка исключений
При выполнении заданий к параграфам вы, скорее всего, нередко сталкивались с возникновением различных ошибок. В этом параграфе мы изучим подход, который позволяет обрабатывать ошибки после их возникновения.
Напишем программу, которая будет считать обратные значения для целых чисел из заданного диапазона и выводить их в одну строку с разделителем ';'. Один из вариантов кода для решения этой задачи выглядит так:
print(";".join(str(1 / x) for x in range(int(input()), int(input()) + 1)))
Программа получилась в одну строчку за счёт использования списочных выражений. Однако при вводе диапазона чисел, включающего в себя 0 (например, от -1 до 1), программа выдаст следующую ошибку:
ZeroDivisionError: division by zero
В программе произошла ошибка «деление на ноль». Такая ошибка, возникающая при выполнении программы и останавливающая её работу, называется исключением.
Попробуем в нашей программе избавиться от возникновения исключения деления на ноль. Пусть при попадании 0 в диапазон чисел обработка не производится и выводится сообщение «Диапазон чисел содержит 0». Для этого нужно проверить до списочного выражения наличие нуля в диапазоне:
interval = range(int(input()), int(input()) + 1)
if 0 in interval:
print("Диапазон чисел содержит 0.")
else:
print(";".join(str(1 / x) for x in interval))
Теперь для диапазона, включающего в себя 0, например от -2 до 2, исключения ZeroDivisionError не возникнет. Однако при вводе строки, которую невозможно преобразовать в целое число (например, «a»), будет вызвано другое исключение:
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'a'
Произошло исключение ValueError. Для борьбы с этой ошибкой нам придётся проверить, что строка состоит только из цифр. Сделать это нужно до преобразования в число. Тогда наша программа будет выглядеть так:
start = input()
end = input()
# Метод lstrip("-"), удаляющий символы "-" в начале строки, нужен для учёта
# отрицательных чисел, иначе isdigit() вернёт для них False
if not (start.lstrip("-").isdigit() and end.lstrip("-").isdigit()):
print("Необходимо ввести два числа.")
else:
interval = range(int(start), int(end) + 1)
if 0 in interval:
print("Диапазон чисел содержит 0.")
else:
print(";".join(str(1 / x) for x in interval))
Теперь наша программа работает без ошибок и при вводе строк, которые нельзя преобразовать в целое число.
Подход, который был нами применён для предотвращения ошибок, называется Look Before You Leap (LBYL), или «Посмотри перед прыжком». В программе, реализующей такой подход, проверяются возможные условия возникновения ошибок до исполнения основного кода.
Подход LBYL имеет недостатки. Программу из примера стало сложнее читать из-за вложенного условного оператора. Проверка условия, что строка может быть преобразована в число, выглядит даже сложнее, чем списочное выражение. Вложенный условный оператор не решает поставленную задачу, а только лишь проверяет входные данные на корректность. Легко заметить, что решение основной задачи заняло меньше времени, чем составление условий проверки корректности входных данных.
Существует другой подход для работы с ошибками: Easier to Ask Forgiveness than Permission (EAFP), или «Проще попросить прощения, чем разрешения». В этом подходе сначала исполняется код, а в случае возникновения ошибок происходит их обработка. Подход EAFP реализован в Python в виде обработки исключений.
Исключения в Python являются классами ошибок. В Python есть много стандартных исключений. Они имеют определённую иерархию за счёт механизма наследования классов. В документации Python версии 3.10.8 приводится следующее дерево иерархии стандартных исключений:
BaseException
+-- SystemExit
+-- KeyboardInterrupt
+-- GeneratorExit
+-- Exception
+-- StopIteration
+-- StopAsyncIteration
+-- ArithmeticError
| +-- FloatingPointError
| +-- OverflowError
| +-- ZeroDivisionError
+-- AssertionError
+-- AttributeError
+-- BufferError
+-- EOFError
+-- ImportError
| +-- ModuleNotFoundError
+-- LookupError
| +-- IndexError
| +-- KeyError
+-- MemoryError
+-- NameError
| +-- UnboundLocalError
+-- OSError
| +-- BlockingIOError
| +-- ChildProcessError
| +-- ConnectionError
| | +-- BrokenPipeError
| | +-- ConnectionAbortedError
| | +-- ConnectionRefusedError
| | +-- ConnectionResetError
| +-- FileExistsError
| +-- FileNotFoundError
| +-- InterruptedError
| +-- IsADirectoryError
| +-- NotADirectoryError
| +-- PermissionError
| +-- ProcessLookupError
| +-- TimeoutError
+-- ReferenceError
+-- RuntimeError
| +-- NotImplementedError
| +-- RecursionError
+-- SyntaxError
| +-- IndentationError
| +-- TabError
+-- SystemError
+-- TypeError
+-- ValueError
| +-- UnicodeError
| +-- UnicodeDecodeError
| +-- UnicodeEncodeError
| +-- UnicodeTranslateError
+-- Warning
+-- DeprecationWarning
+-- PendingDeprecationWarning
+-- RuntimeWarning
+-- SyntaxWarning
+-- UserWarning
+-- FutureWarning
+-- ImportWarning
+-- UnicodeWarning
+-- BytesWarning
+-- EncodingWarning
+-- ResourceWarning
Для обработки исключения в Python используется следующий синтаксис:
try:
<код, который может вызвать исключения при выполнении>
except <КлассИсключения_1>:
<код обработки исключения>
except <КлассИсключения_2>:
<код обработки исключения>
...
else:
<код выполняется, если не вызвано исключение в блоке try>
finally:
<код, который выполняется всегда>
Блок try содержит код, в котором нужно обработать исключения, если они возникнут. При возникновении исключения интерпретатор последовательно проверяет, в каком из блоков except обрабатывается это исключение. Исключение обрабатывается в первом блоке except, обрабатывающем класс этого исключения или базовый класс возникшего исключения. Необходимо учитывать иерархию исключений для определения порядка их обработки в блоках except. Начинать обработку исключений следует с более узких классов исключений. Если начать с более широкого класса исключения, например Exception, то всегда при возникновении исключения будет срабатывать первый блок except. Сравните два следующих примера. В первом порядок обработки исключений указан от производных классов к базовым, а во втором — наоборот.
Первый пример:
try:
print(1 / int(input()))
except ZeroDivisionError:
print("Ошибка деления на ноль.")
except ValueError:
print("Невозможно преобразовать строку в число.")
except Exception:
print("Неизвестная ошибка.")
При вводе значений «0» и «a» получим ожидаемый, соответствующий возникающим исключениям вывод:
Невозможно преобразовать строку в число.
и
Ошибка деления на ноль.
Второй пример:
try:
print(1 / int(input()))
except Exception:
print("Неизвестная ошибка.")
except ZeroDivisionError:
print("Ошибка деления на ноль.")
except ValueError:
print("Невозможно преобразовать строку в число.")
При вводе значений «0» и «a» получим в обоих случаях неинформативный вывод:
Неизвестная ошибка.
Необязательный блок else выполняет код в случае, если в блоке try не вызвано исключение. Добавим блок else в пример для вывода сообщения об успешном выполнении операции:
try:
print(1 / int(input()))
except ZeroDivisionError:
print("Ошибка деления на ноль.")
except ValueError:
print("Невозможно преобразовать строку в число.")
except Exception:
print("Неизвестная ошибка.")
else:
print("Операция выполнена успешно.")
Теперь при вводе корректного значения, например «5», вывод программы будет следующим:
0.2 Операция выполнена успешно.
Блок finally выполняется всегда, даже если возникло какое-то исключение, не учтённое в блоках except, или код в этих блоках сам вызвал какое-либо исключение. Добавим в нашу программу вывод строки «Программа завершена» в конце программы даже при возникновении исключений:
try:
print(1 / int(input()))
except ZeroDivisionError:
print("Ошибка деления на ноль.")
except ValueError:
print("Невозможно преобразовать строку в число.")
except Exception:
print("Неизвестная ошибка.")
else:
print("Операция выполнена успешно.")
finally:
print("Программа завершена.")
Перепишем код, созданный с применением подхода LBYL, для первого примера из этого параграфа с использованием обработки исключений:
try:
print(";".join(str(1 / x) for x in range(int(input()), int(input()) + 1)))
except ZeroDivisionError:
print("Диапазон чисел содержит 0.")
except ValueError:
print("Необходимо ввести два числа.")
Теперь наша программа читается намного легче. При этом создание кода для обработки исключений не заняло много времени и не потребовало проверки сложных условий.
Исключения можно принудительно вызывать с помощью оператора raise. Этот оператор имеет следующий синтаксис:
raise <класс исключения>(параметры)
В качестве параметра можно, например, передать строку с сообщением об ошибке.
Создание собственных исключений
В Python можно создавать свои собственные исключения. Синтаксис создания исключения такой же, как и у создания класса. При создании исключения его необходимо наследовать от какого-либо стандартного класса-исключения.
Напишем программу, которая выводит сумму списка целых чисел и вызывает исключение, если в списке чисел есть хотя бы одно чётное или отрицательное число. Создадим свои классы исключений:
- NumbersError — базовый класс исключения;
- EvenError — исключение, которое вызывается при наличии хотя бы одного чётного числа;
- NegativeError — исключение, которое вызывается при наличии хотя бы одного отрицательного числа.
class NumbersError(Exception):
pass
class EvenError(NumbersError):
pass
class NegativeError(NumbersError):
pass
def no_even(numbers):
if all(x % 2 != 0 for x in numbers):
return True
raise EvenError("В списке не должно быть чётных чисел")
def no_negative(numbers):
if all(x >= 0 for x in numbers):
return True
raise NegativeError("В списке не должно быть отрицательных чисел")
def main():
print("Введите числа в одну строку через пробел:")
try:
numbers = [int(x) for x in input().split()]
if no_negative(numbers) and no_even(numbers):
print(f"Сумма чисел равна: {sum(numbers)}.")
except NumbersError as e: # обращение к исключению как к объекту
print(f"Произошла ошибка: {e}.")
except Exception as e:
print(f"Произошла непредвиденная ошибка: {e}.")
if __name__ == "__main__":
main()
Модули
Обратите внимание: в программе основной код выделен в функцию main. А код вне функций содержит только условный оператор и вызов функции main при выполнении условия __name__ == "__main__". Это условие проверяет, запущен ли файл как самостоятельная программа или импортирован как модуль.
Любая программа, написанная на языке программирования Python, может быть импортирована как модуль в другую программу. В идеологии Python импортировать модуль — значит полностью его выполнить. Если основной код модуля содержит вызовы функций, ввод или вывод данных без использования указанного условия __name__ == "__main__", то произойдёт полноценный запуск программы. А это не всегда удобно, если из модуля нужна только отдельная функция или какой-либо класс.
При изучении модуля itertools мы говорили о том, как импортировать модуль в программу. Покажем ещё раз два способа импорта на примере собственного модуля.
Для импорта модуля из файла, например example_module.py, нужно указать его имя, если он находится в той же папке, что и импортирующая его программа:
import example_module
Если требуется отдельный компонент модуля, например функция или класс, то импорт можно осуществить так:
from example_module import some_function, ExampleClass
Обратите внимание: при втором способе импортированные объекты попадают в пространство имён новой программы. Это означает, что они будут объектами новой программы и в программе не должно быть других объектов с такими же именами.
Рассмотрим написанное выше на примере. Пусть имеется программа module_hello.py, в которой находится функция hello(name), возвращающая строку приветствия пользователя по имени. В самой программе кроме функции присутствует вызов этой функции и печать результата её работы. Импортируем из модуля module_hello.py функцию hello(name) в другую программу program.py и также используем для вывода приветствия пользователя.
Код программы module_hello.py:
def hello(name):
return f"Привет, {name}!"
print(hello(input("Введите своё имя: ")))
Код программы program.py:
from module_hello import hello
print(hello(input("Добрый день. Введите имя: ")))
При выполнении program.py нас ожидает неожиданное действие. Программа сначала запросит имя пользователя, а затем сделает это ещё раз, но с приветствием из program.py.
Введите своё имя: Андрей Привет, Андрей! Добрый день. Введите имя: Андрей Привет, Андрей!
Наша ошибка заключается в том, что программа module_hello.py выполняется полностью, включая основной код с вызовом функции и выводом результата. Исправим программу module_hello.py, добавив проверку, запущена программа или импортирована как модуль:
def hello(name):
return f"Привет, {name}!"
if __name__ == "__main__":
print(hello(input("Введите своё имя: ")))
Теперь при импорте модуля module_hello.py код в теле условного оператора выполняться не будет. А основной код этой программы выполнится только при запуске файла как отдельной программы. Для большего удобства обычно в теле указанного условного оператора вызывают функцию main(), а основной код программы оформляют уже внутри этой функции. Тогда наш модуль можно переписать так:
def hello(name):
return f"Привет, {name}!"
def main():
print(hello(input("Введите своё имя: ")))
if __name__ == "__main__":
main()
Обратите внимание: при импорте модуля мы можем с помощью символа * указать, что необходимо импортировать все объекты. Например, так:
from some_module import *
Однако делать так крайне не рекомендуется, потому что все объекты модуля добавляются в пространство имён нашей программы, что может приводить к конфликтам.