5. 例外處理

前言

所謂「例外」(Exception)，就是當程式碼在編譯期間沒有出現錯誤訊息，而在程式執行時發生錯誤，這種錯誤稱為執行時期錯誤。進行例外處理是不希望程式中斷。而是希望程式能捕捉錯誤，進行錯誤補救，並繼續執行程式。

若錯誤是使用者輸入不正確資料所造成的，可以要求使用者再輸入正確資料後才繼續執行。

Python使用 try … except … finally 敘述來解決例外處理，它的方式是將被監視的敘述區段寫在try: 的程式區塊，當程式執行到 try: 內的敘述有發生錯誤時，會逐一檢查該錯誤所屬的例外類別，以便執行該except:內的敘述。最後不管是否有符合except，都會執行最後的finally: 敘述區段。

例外處理的語法如下：

try:
    受監視的敘述區段
 
except 例外類別1[as e]:
    處理錯誤的敘述區段1
 
except 例外類別2[as e]:
    處理錯誤的敘述區段2
 
except Exception [as e] :
    處理其它錯誤的敘述區段
 
finally:
    最後會執行敘述區段

1. 使用try: 敘述時,至少要有一個檢查except(捕捉)或finally:敘述區段配合。

2. 多個檢查except(捕捉)敘述區段,由上至下except逐一檢查,若遇到符合條件的例外類別,則執行該對應敘述區段,則以下的except就不再處理。

3. 常用到的例外類別如下表:

   例外類別	說明
   ZeroDivisionError	除數為 0 的算術運算錯誤。
   ValueError	數值錯誤。如使用內建函式時，參數型別與傳入值不符。
   NameError	變數名稱未定義，而直接運算產生的錯誤。
   IndexError	串引註標(索引)超出宣告範圍
   IOError	I/O 異常處理所產生錯誤。
   FileNotFoundError	檔案或資料夾找不到時所產生的錯誤。
   Exception	程式執行時，所有內建、非系統引發所產生的異常錯誤。

4. finally : 敘述區段在最後一個except之後,不論是否有執行 except 敘述區段,都會執行finally:敘述區段。finally:敘述區段也可以省略。

5. 透過[e]取得錯誤資訊,可以用print(e)來顯示錯誤訊息。

[簡例] 兩數相除,程式沒有應用例外處理技巧,觀察除數為0時電腦如何處理。 (檔名:try01.py)

[結果]

ZeroDivisionError: division by zero

程式碼: try01.py

def div(n1, n2):
   res = n1 / n2
   print(f'{n1} / {n2} = {res}')
   
div(8, 0)
div(8, 5)

說明

1. 第1~3行:定義div(n1,n2)函式,用來計算兩個整數相除,然後顯示其結果。
2. 第5行:呼叫div(8,0)函式,因除數n2=0,所以第2行不能被執行,程式被迫中斷,並出現「ZeroDivisionError:division by zero」錯誤訊息。
3. 第6行:呼叫div(8,5)函式,因程式被迫中斷,此行沒被執行。

[簡例] 兩數相除,程式有應用例外處理技巧,觀察除數為0時電腦如何處理。 (檔名:try02.py)
[結果]

錯誤類型: division by zero
執行 finally: 敘述
 
8 / 5 = 1.6
執行 finally: 敘述

程式碼: try02.py

def div(n1, n2):
    try:
        res = n1 / n2
        print(f'{n1} / {n2} = {res}')
    except Exception as e:
        print('錯誤類型 :', end =' ')
        print(e)
    finally:
        print('執行 finally: 敘述\n')
 
div(8, 0)
div(8, 5)

說明

1. 第 1-9行: 定義div(n1,n2)函式,用來計算兩個整數相除,然後顯示其結果。在此方法中應用例外處理try····except⋯finally⋯技巧。
2. 第11行: 呼叫div(8,0)函式,因除數n2=0,所以第3、4行不會被執行，而直接跳到第 5行執行except捕捉例外。
3. 第5行: 捕捉到例外,其錯誤類型是「division by zero」,ZeroDivisionError例外類別,由第6、7行顯示出來。
4. 第8、9行:無論有否執行except:敘述區段,皆會執行finally:敘述區段。
5. 第12行: 本程式不會中斷執行,呼叫div(8,5)函式,因此會執行「8/5 = 1.6」 的結果。

[簡例] 當串列註標(索引)超出範圍時,利用try⋯except⋯來處理。本例使用多例使用多個except來針對特定例外類別進行偵測捕捉。 (檔名:try03.py)

[結果]

arr[4] = 40
錯誤類型 : 串列註標超出範圍

程式碼: try03.py

arr = [0 for x in range(5)]
try:
    arr[4] = 40
    print(f'arr[4] = {arr[4]}')
    arr[9] = 90
    print(f'arr[9] = {arr[9]}')
except ZeroDivisionError: 
    print('錯誤類型 : 除數為零')
except IndexError: 
    print('錯誤類型 : 串列註標超出範圍')
except Exception as e:
    print('錯誤類型 :', e)

說明

1. 第1行:定義串列 arr,其註標範圍為0~4,共5個元素。
2. 第3,4行: 正常執行。
3. 第5行:arr[9],其註標(索引值)為9,已超出範圍,因此第5,6行,開始進行例外捕捉。本例共設計了三層偵測捕捉的關卡。
   • 首先跳至第7行接受偵測,第7行是偵測「算術運算除數為零錯誤」。
   • 若非第7行的錯誤類型,則再跳至第9行接受偵測,第9行是偵錯 「串列註標超出範圍」。
   • 若非第9行的錯誤類型,則再跳至第11行接受偵測,第11行是偵錯程式執行時產生的其它錯誤。
     很明顯第5行的錯誤是「串列註標超出範圍」,會在第9行被偵測到,故執行了第9~10行的敘述,然後離開try···except⋯敘述區段,因此不會跳至第11行接受偵測。
4. 第11~12行: 例外類別Exception要列為最後一項,若移到except敘述區段最前面時,則其餘例外類別要刪除,因後面的except 敘述區段都不會被執行是多餘的。

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else 子句

除了try、except、finally，例外處理還可以加上else子句。else只有在try區塊「完全沒有發生例外」時才會執行。

完整語法的四個區塊：

try:
    可能引發例外的程式區塊
except 例外類別 as e:
    發生例外時執行
else:
    沒有發生例外時才執行      # ← 本節新增
finally:
    不論如何都會執行

區塊	執行時機
try	一定會開始執行，發生例外就中斷跳到except
except	有發生對應例外時
else	沒有發生任何例外時
finally	不論有無例外，一定執行

[簡例] 輸入兩個整數求餘數，同時處理「非數值輸入」與「除數為 0」兩種錯誤。（檔名：trymod.py）

[結果]

請輸入第一個整數：5
請輸入第二個整數：3
r= 2
一定會執行的程式區塊

程式碼： trymod.py

try:
    a = int(input("請輸入第一個整數："))
    b = int(input("請輸入第二個整數："))
    r = a % b
except ValueError:
    print("發生輸入非數值的錯誤!")
except Exception as e:
    print("發生", e, "的錯誤，包括分母為 0 的錯誤!")
else:
    print("r=", r)
finally:
    print("一定會執行的程式區塊")

說明

1. 第1~4行：輸入 a、b 兩數後求餘數。
2. 第5~6行：先捕捉輸入非數值字元引起的 ValueError。
3. 第7~8行：以except Exception as e捕捉其他所有例外（包含分母為 0），並利用參數e顯示錯誤訊息。
4. 第9~10行：若try內指令運算正確，才顯示餘數。
5. 第11~12行：不論是否發生錯誤，都會執行finally區塊。

為什麼要用 else 而不是直接寫在 try 裡？

把「成功才要做的事」放在else，可以讓try區塊只包含真正可能出錯的那幾行。
若把print("r=", r)也寫進try，萬一這行自己出錯，會被誤判成是計算出錯，反而讓除錯變困難。
原則：try 區塊越小越好。

用一個 except 捕捉多個例外

如果多種例外的處理方式相同，可以把它們寫在同一個except的小括號中，不必分開寫。

語法：

try:
    可能引發例外的程式區塊
except (例外一, 例外二, …) [as e]:
    處理例外的程式區塊

[簡例] 同時捕捉「非數值輸入」與「除數為 0」兩種錯誤。（檔名：trymod2.py）

程式碼： trymod2.py

try:
    a = int(input("請輸入第一個整數："))
    b = int(input("請輸入第二個整數："))
    r = a % b
except (ValueError, ZeroDivisionError):
    print("發生輸入非數值的錯誤或分母為 0 的錯誤!")
else:
    print("r=", r)

括號不可以省略

必須寫成except (ValueError, ZeroDivisionError):，小括號不能省略。
而且要注意這是「這幾種例外都用同一段程式處理」，若各種錯誤要給不同訊息，還是得分開寫多個except。

顯示內建的錯誤訊息

在多個例外後面一樣可以加上as e，用參數e取得系統內建的錯誤說明。

程式碼： trymod3.py

try:
    a = int(input("請輸入第一個整數："))
    b = int(input("請輸入第二個整數："))
    r = a % b
except (ValueError, ZeroDivisionError) as e:
    print("發生 {} 的錯誤!".format(e))
else:
    print("r=", r)

執行時會顯示 Python 內建的英文錯誤訊息，例如：

發生 integer division or modulo by zero 的錯誤!
發生 invalid literal for int() with base 10: 'a' 的錯誤!

內建訊息是英文的

e取得的是 Python 內建的英文說明，適合開發階段除錯使用。
若是要給一般使用者看的畫面，建議自己寫中文訊息，或兩者併用（中文提示 + 英文細節）。

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相關主題與延伸閱讀

• 0. 章節索引：本章全部筆記的學習地圖與快速查找。
• 6. os.path 路徑處理：路徑操作失敗時常需搭配例外處理。
• 9. 檔案編碼與 BOM 處理：編碼不符會引發 UnicodeDecodeError，是常見的例外情境。
• 11. raise 主動拋出例外：除了被動捕捉，也可以在指定條件下主動拋出例外。
• 12. traceback 與 assert：把例外過程記錄到檔案，以及開發階段的斷言檢查。
• 1. 檔案概論：檔案處理過程中常需搭配例外處理來因應各種錯誤情況。
• 3. 檔案的開啟與關閉：開啟不存在的檔案會產生 FileNotFoundError，是例外處理常見的應用情境。
• 4. 文字檔資料的寫入與讀取：讀寫檔案時搭配例外處理，能避免程式因錯誤而中斷。
• 1. 物件導向程式開發：物件導向中解構式 __del__ 常結合例外處理，確保資源被正確釋放。
• 2. 資料夾的建立與刪除：建立或刪除資料夾失敗時，同樣可運用例外處理進行防呆。