在程序运行过程中，总会遇到各种各样的错误。
有的错误是程序编写有问题造成的，比如本来应该输出整数结果输出了字符串，这种错误我们通常称之为bug，bug是必须修复的。
有的错误是用户输入造成的，比如让用户输入email地址，结果得到一个空字符串，这种错误可以通过检查用户输入来做相应的处理。
还有一类错误是完全无法在程序运行过程中预测的，比如写入文件的时候，磁盘满了，写不进去了，或者从网络抓取数据，网络突然断掉了。这类错误也称为异常，在程序中通常是必须处理的，否则，程序会因为各种问题终止并退出。
Python内置了一套异常处理机制，来帮助我们进行错误处理。
此外，我们也需要跟踪程序的执行，查看变量的值是否正确，这个过程称为调试。Python的pdb可以让我们以单步方式执行代码。
最后，编写测试也很重要。有了良好的测试，就可以在程序修改后反复运行，确保程序输出符合我们编写的测试。
在程序运行的过程中，如果发生了错误，可以事先约定返回一个错误代码，这样，就可以知道是否有错，以及出错的原因。在操作系统提供的调用中，返回错误码非常常见。比如打开文件的函数open()，成功时返回文件描述符（就是一个整数），出错时返回-1。
用错误码来表示是否出错十分不便，因为函数本身应该返回的正常结果和错误码混在一起，造成调用者必须用大量的代码来判断是否出错：
def foo():
r = some_function()
if r==(-1):
return (-1)
return r
def bar():
r = foo()
if r==(-1):
print('Error')
else:
pass
一旦出错，还要一级一级上报，直到某个函数可以处理该错误（比如，给用户输出一个错误信息）。
所以高级语言通常都内置了一套try…except…finally…的错误处理机制，Python也不例外。
让我们用一个例子来看看try的机制：
try:
print('Try...')
r = 10 / 0
print('Result:',r)
except ZeroDivisionError as e:
print('Except', e)
finally:
print('Finally...')
print('End')
Try...
Except division by zero
Finally...
End
从输出可以看到，当错误发生时，后续语句print('result:', r)不会被执行，except由于捕获到ZeroDivisionError，因此被执行。最后，finally语句被执行。然后，程序继续按照流程往下走。
如果把除数 0 改成 2 ，则执行结果如下：
try:
print('Try...')
r = 10/2
print('Result:', r)
except ZeroDivisionError as e:
print('Except', e)
finally:
print('Finally...')
print('End')
Try...
Result: 5.0
Finally...
End
由于没有错误发生，所以except语句块不会被执行，但是finally如果有，则一定会被执行（可以没有finally语句）。
你还可以猜测，错误应该有很多种类，如果发生了不同类型的错误，应该由不同的except语句块处理。没错，可以有多个except来捕获不同类型的错误：
try:
print('try...')
r = 10 / int('a')
print('result:', r)
except ValueError as e:
print('ValueError:', e)
except ZeroDivisionError as e:
print('ZeroDivisionError:', e)
finally:
print('finally...')
print('END')
try...
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'a'
finally...
END
int()函数可能会抛出ValueError，所以我们用一个except捕获ValueError，用另一个except捕获ZeroDivisionError。
此外，如果没有错误发生，可以在except语句块后面加一个else，当没有错误发生时，会自动执行else语句：
try:
print('try...')
r = 10 / int('2')
print('result:', r)
except ValueError as e:
print('ValueError:', e)
except ZeroDivisionError as e:
print('ZeroDivisionError:', e)
else:
print('no error!')
finally:
print('finally...')
print('END')
try...
result: 5.0
no error!
finally...
END
Python的错误其实也是class，所有的错误类型都继承自BaseException，所以在使用except时需要注意的是，它不但捕获该类型的错误，还把其子类也“一网打尽”。比如：
try:
foo()
except ValueError as e:
print('ValueError')
except UnicodeError as e:
print('UnicodeError')
---------------------------------------------------------------------------
NameError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-14-382f35a67285> in <module>
1 try:
----> 2 foo()
3 except ValueError as e:
4 print('ValueError')
5 except UnicodeError as e:
<ipython-input-9-1c332d07169e> in foo()
1 def foo():
----> 2 r = some_function()
3 if r==(-1):
4 return (-1)
5 return r
NameError: name 'some_function' is not defined
第二个except永远也捕获不到UnicodeError，因为UnicodeError是ValueError的子类，如果有，也被第一个except给捕获了。
Python所有的错误都是从BaseException类派生的，常见的错误类型和继承关系看这里：
https://docs.python.org/3/library/exceptions.html#exception-hierarchy
使用try...except捕获错误还有一个巨大的好处，就是可以跨越多层调用，比如函数main()调用foo()，foo()调用bar()，结果bar()出错了，这时，只要main()捕获到了，就可以处理：
def foo(s):
return 10 / int(s)
def bar(s):
return foo(s) * 2
def main():
try:
bar('0')
except Exception as e:
print('Error:', e)
finally:
print('finally...')
main()
Error: division by zero
finally...
也就是说，不需要在每个可能出错的地方去捕获错误，只要在合适的层次去捕获错误就可以了。这样一来，就大大减少了写try...except...finally的麻烦。
如果错误没有被捕获，它就会一直往上抛，最后被Python解释器捕获，打印一个错误信息，然后程序退出。来看看err.py：
# err.py:
def foo(s):
return 10 / int(s)
def bar(s):
return foo(s) * 2
def main():
bar('0')
main()
---------------------------------------------------------------------------
ZeroDivisionError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-18-43ad0f8735f4> in <module>
9 bar('0')
10
---> 11 main()
<ipython-input-18-43ad0f8735f4> in main()
7
8 def main():
----> 9 bar('0')
10
11 main()
<ipython-input-18-43ad0f8735f4> in bar(s)
4
5 def bar(s):
----> 6 return foo(s) * 2
7
8 def main():
<ipython-input-18-43ad0f8735f4> in foo(s)
1 # err.py:
2 def foo(s):
----> 3 return 10 / int(s)
4
5 def bar(s):
ZeroDivisionError: division by zero
根据错误类型ZeroDivisionError，我们判断，int(s)本身并没有出错，但是int(s)返回 0，在计算10 / 0时出错，至此，找到错误源头。
出错的时候，一定要分析错误的调用栈信息，才能定位错误的位置。
如果不捕获错误，自然可以让Python解释器来打印出错误堆栈，但程序也被结束了。既然我们能捕获错误，就可以把错误堆栈打印出来，然后分析错误原因，同时，让程序继续执行下去。
Python内置的 logging 模块可以非常容易地记录错误信息：
# err_logging.py
import logging
def foo(s):
return 10 / int(s)
def bar(s):
return foo(s) * 2
def main():
try:
bar('0')
except Exception as e:
logging.exception(e)
main()
print('END')
ERROR:root:division by zero
Traceback (most recent call last):
File "<ipython-input-19-50dd10eca926>", line 13, in main
bar('0')
File "<ipython-input-19-50dd10eca926>", line 9, in bar
return foo(s) * 2
File "<ipython-input-19-50dd10eca926>", line 6, in foo
return 10 / int(s)
ZeroDivisionError: division by zero
END
同样是出错，但程序打印完错误信息后会继续执行，并正常退出：
通过配置，logging 可以把错误记录到日志文件里，方便事后排查。
因为错误是class，捕获一个错误就是捕获到该class的一个实例。因此，错误并不是凭空产生的，而是有意创建并抛出的。Python的内置函数会抛出很多类型的错误，我们自己编写的函数也可以抛出错误。
如果要抛出错误，首先根据需要，可以定义一个错误的class，选择好继承关系，然后，用raise语句抛出一个错误的实例：
# err_raise.py
class FooError(ValueError):
pass
def foo(s):
n = int(s)
# try:
if n==0:
raise FooError('invalid value: %s' % s)
return 10 / n
# except Exception as e:
# logging.exception(e)
# 执行，可以最后跟踪到我们自己定义的错误：
foo('0')
---------------------------------------------------------------------------
FooError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-24-470936296e98> in <module>
13
14 # 执行，可以最后跟踪到我们自己定义的错误：
---> 15 foo('0')
<ipython-input-24-470936296e98> in foo(s)
7 # try:
8 if n==0:
----> 9 raise FooError('invalid value: %s' % s)
10 return 10 / n
11 # except Exception as e:
FooError: invalid value: 0
只有在必要的时候才定义我们自己的错误类型。如果可以选择Python已有的内置的错误类型（比如ValueError，TypeError），尽量使用Python内置的错误类型。
最后，我们来看另一种错误处理的方式：
# err_reraise.py
def foo(s):
n = int(s)
if n==0:
raise ValueError('invalid value: %s' % s)
return 10 / n
def bar():
try:
foo('0')
except ValueError as e:
print('ValueError!')
raise
bar()
ValueError!
---------------------------------------------------------------------------
ValueError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-25-739e80ef9b01> in <module>
14 raise
15
---> 16 bar()
<ipython-input-25-739e80ef9b01> in bar()
9 def bar():
10 try:
---> 11 foo('0')
12 except ValueError as e:
13 print('ValueError!')
<ipython-input-25-739e80ef9b01> in foo(s)
4 n = int(s)
5 if n==0:
----> 6 raise ValueError('invalid value: %s' % s)
7 return 10 / n
8
ValueError: invalid value: 0
在bar()函数中，我们明明已经捕获了错误，但是，打印一个ValueError!后，又把错误通过raise语句抛出去了，这不有病么？
其实这种错误处理方式不但没病，而且相当常见。捕获错误目的只是记录一下，便于后续追踪。但是，由于当前函数不知道应该怎么处理该错误，所以，最恰当的方式是继续往上抛，让顶层调用者去处理。好比一个员工处理不了一个问题时，就把问题抛给他的老板，如果他的老板也处理不了，就一直往上抛，最终会抛给CEO去处理。
raise语句如果不带参数，就会把当前错误原样抛出。此外，在except中raise一个Error，还可以把一种类型的错误转化成另一种类型：
try:
10 / 0
except ZeroDivisionError:
raise ValueError('input error!')
---------------------------------------------------------------------------
ZeroDivisionError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-26-80c7eb55a8db> in <module>
1 try:
----> 2 10 / 0
3 except ZeroDivisionError:
ZeroDivisionError: division by zero
During handling of the above exception, another exception occurred:
ValueError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-26-80c7eb55a8db> in <module>
2 10 / 0
3 except ZeroDivisionError:
----> 4 raise ValueError('input error!')
ValueError: input error!
只要是合理的转换逻辑就可以，但是，决不应该把一个IOError转换成毫不相干的ValueError。
运行下面的代码，根据异常信息进行分析，定位出错误源头，并修复：
# -*- coding: utf-8 -*-
from functools import reduce
def str2num(s):
return int(s)
def calc(exp):
ss = exp.split('+')
ns = map(str2num, ss)
return reduce(lambda acc, x: acc + x, ns)
def main():
r = calc('100 + 200 + 345')
print('100 + 200 + 345 =', r)
r = calc('99 + 88 + 7')
print('99 + 88 + 7 =', r)
main()
100 + 200 + 345 = 645
99 + 88 + 7 = 194
Python内置的try...except...finally用来处理错误十分方便。出错时，会分析错误信息并定位错误发生的代码位置才是最关键的。
程序也可以主动抛出错误，让调用者来处理相应的错误。但是，应该在文档中写清楚可能会抛出哪些错误，以及错误产生的原因。
完