6.8 异常体系与内置异常类型

程序运行中难免遇到各种意外情况，Python 用异常来表示这些情况。异常是一个对象，携带错误类型和相关信息，沿调用栈向上传播，直到被某个 try-except 捕获或导致程序终止。理解异常的层次结构，才能写出精确的异常处理代码。捕获过于宽泛会掩盖真正的错误，捕获过于狭窄又会让本该处理的异常逃逸。本节将讲解 Python 异常体系的层次结构、常见的内置异常类型及其继承关系，以及异常对象的 args 属性。任务管理器在文件读写、数据解析等操作中会遇到多种异常，了解它们的分类有助于分别处理。

6.8.1 BaseException 异常层次结构的根

Python 所有异常的根类是 BaseException。它定义了异常对象的基本行为，包括 args 属性、__str__ 方法和异常链相关属性。所有内置异常和用户自定义异常都直接或间接继承自 BaseException。

异常层次的最顶层分为三个直接子类：Exception、SystemExit、KeyboardInterrupt、GeneratorExit。这种划分把普通程序错误与系统级中断分开，避免用 except Exception: 捕获到不该捕获的中断。

python

# 查看异常的继承链
print(BaseException.__subclasses__())
# [<class 'BaseExceptionGroup'>, <class 'Exception'>, <class 'KeyboardInterrupt'>,
#  <class 'GeneratorExit'>, <class 'SystemExit'>]

SystemExit 由 sys.exit() 引发，表示请求程序退出。KeyboardInterrupt 由用户按 Ctrl+C 引发，表示请求中断程序。GeneratorExit 在生成器关闭时引发。这三个异常都不继承 Exception，因此 except Exception: 不会捕获它们，这是有意的设计，保证用户中断和退出请求能正常传达。

6.8.2 Exception 基类

Exception 是所有普通程序异常的基类。绝大多数内置异常和所有自定义异常都继承自 Exception。捕获异常时应当使用 except Exception: 而不是裸 except:，这样既能捕获几乎所有程序错误，又不会吞掉 KeyboardInterrupt 和 SystemExit。

python

# 推荐的兜底捕获
try:
    # 某些可能出错的操作
    result = 10 / 0
except Exception as e:
    print(f"捕获到异常：{type(e).__name__}: {e}")
# 捕获到异常：ZeroDivisionError: division by zero

Exception 的直接子类包括 ArithmeticError、LookupError、ValueError、TypeError、OSError 等，每个子类下面又有更具体的异常类型。这种层次结构让异常处理可以按需要的粒度进行：捕获父类处理整类异常，捕获子类处理特定异常。

6.8.3 数值与算术异常

ArithmeticError 基类

ArithmeticError 是所有算术异常的基类，它的子类包括 ZeroDivisionError、OverflowError、FloatingPointError。

ZeroDivisionError 除零错误

除法或取模运算的除数为零时引发：

python

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(e)  # division by zero

OverflowError 数值溢出

数值运算结果超出当前类型的表示范围时引发。Python 的整数是任意精度的，不会溢出；浮点数运算可能溢出：

python

import math
try:
    result = math.exp(1000)  # 超过浮点数范围
except OverflowError as e:
    print(e)  # math range error

FloatingPointError 在浮点操作失败时引发，实际很少触发，因为 Python 默认使用 IEEE 754 浮点标准，异常情况由特殊值（如 inf、nan）表示而非抛出异常。

6.8.4 查找异常

LookupError 基类

LookupError 是所有查找失败的基类，子类包括 IndexError 和 KeyError。

IndexError 索引越界

序列索引超出范围时引发：

python

data = [1, 2, 3]
try:
    print(data[5])
except IndexError as e:
    print(e)  # list index out of range

KeyError 键不存在

字典查找不存在的键时引发：

python

config = {"mode": "auto"}
try:
    print(config["timeout"])
except KeyError as e:
    print(f"缺少配置项：{e}")  # 缺少配置项：'timeout'

KeyError 的异常消息就是缺失的键本身，不像其他异常那样是一段描述文字。任务管理器在解析配置文件时，如果某个必需字段缺失，会触发 KeyError。

6.8.5 类型与值异常

TypeError 类型错误

操作或函数应用于不适当类型时引发。比如对字符串和数字做加法：

python

try:
    result = "数量：" + 5
except TypeError as e:
    print(e)  # can only concatenate str (not "int") to str

TypeError 通常意味着代码逻辑有误，传入了错误类型的数据。修正方法是显式做类型转换："数量：" + str(5)。

ValueError 值错误

操作数类型正确但值不合适时引发。最常见的是 int() 转换非数字字符串：

python

try:
    number = int("abc")
except ValueError as e:
    print(e)  # invalid literal for int() with base 10: 'abc'

TypeError 和 ValueError 的区别在于：TypeError 是类型不对，ValueError 是类型对但值不合法。int("abc") 中参数是字符串，类型正确，但字符串内容不是有效数字，所以是 ValueError。int([1,2]) 中参数是列表，类型就不对，所以是 TypeError。

任务管理器在解析用户输入的任务优先级时，如果用户输入非数字，会触发 ValueError，这是需要处理的典型场景。

6.8.6 Unicode 异常

UnicodeError 是 ValueError 的子类，专门表示 Unicode 编码解码错误。它又有三个子类：UnicodeEncodeError（编码失败）、UnicodeDecodeError（解码失败）、UnicodeTranslateError（转换失败）。

python

# 编码错误：把无法编码的字符写入 ASCII 文件
try:
    "你好".encode("ascii")
except UnicodeEncodeError as e:
    print(e)  # 'ascii' codec can't encode characters...

# 解码错误：用错误编码读取文件
try:
    b"\xff\xfe".decode("utf-8")
except UnicodeDecodeError as e:
    print(e)  # 'utf-8' codec can't decode byte 0xff...

文件操作中编码不匹配是触发 UnicodeDecodeError 的常见原因。第 12 章会详细讨论文件操作中的编码异常场景。

6.8.7 运行时异常

RuntimeError 基类

RuntimeError 是一个比较通用的异常，表示运行时出现的、不属于其他类别的错误。它的子类包括 RecursionError 和 NotImplementedError。

RecursionError 递归深度超限

递归调用超过 Python 的递归深度限制时引发：

python

def infinite_recursion():
    return infinite_recursion()

try:
    infinite_recursion()
except RecursionError as e:
    print(e)  # maximum recursion depth exceeded

默认递归深度限制通常是 1000，可以通过 sys.setrecursionlimit() 调整，但不建议设置过大，可能导致解释器崩溃。

NotImplementedError 未实现

抽象方法或占位函数被调用时引发，表示功能尚未实现：

python

class TaskStorage:
    def save(self, tasks):
        raise NotImplementedError("子类必须实现 save 方法")

storage = TaskStorage()
try:
    storage.save([])
except NotImplementedError as e:
    print(e)  # 子类必须实现 save 方法

6.8.8 操作系统异常 OSError

OSError 是所有操作系统相关错误的基类，Python 3.3 起许多原来独立的异常类（如 IOError、EnvironmentError、WindowsError）都合并为 OSError 的别名或子类。文件操作中的绝大多数错误都属于 OSError 的子类。

FileNotFoundError 文件不存在

以读取模式打开不存在的文件时引发：

python

try:
    with open("missing.txt", "r", encoding="utf-8") as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError as e:
    print(e)  # [Errno 2] No such file or directory: 'missing.txt'

PermissionError 权限不足

没有权限访问文件或目录时引发：

python

try:
    with open("/etc/shadow", "r") as f:
        content = f.read()
except PermissionError as e:
    print(e)  # [Errno 13] Permission denied: '/etc/shadow'

IsADirectoryError 和 NotADirectoryError

IsADirectoryError 在对目录执行文件操作时引发，NotADirectoryError 在对文件执行目录操作时引发：

python

import os
try:
    with open("data", "r") as f:  # data 是目录
        content = f.read()
except IsADirectoryError as e:
    print(e)  # [Errno 21] Is a directory: 'data'

FileExistsError 文件已存在

用独占创建模式 'x' 打开已存在的文件时引发：

python

try:
    with open("tasks.txt", "x", encoding="utf-8") as f:
        f.write("新文件")
except FileExistsError as e:
    print(e)  # [Errno 17] File exists: 'tasks.txt'

这些 OSError 的子类构成了文件操作异常处理的核心。第 12 章会系统讲解文件操作中各种异常场景的处理策略。

6.8.9 其他常见异常类型

AttributeError 属性错误

访问对象不存在的属性时引发：

python

tasks = []
try:
    tasks.append_item("新任务")  # 方法名写错
except AttributeError as e:
    print(e)  # 'list' object has no attribute 'append_item'

NameError 名称未定义

使用未定义的变量名时引发：

python

try:
    print(undefined_var)
except NameError as e:
    print(e)  # name 'undefined_var' is not defined

StopIteration 迭代结束

迭代器没有更多元素时引发，通常由 next() 或 for 循环内部处理，不需要手动捕获：

python

it = iter([1])
next(it)  # 1
try:
    next(it)  # 没有更多元素
except StopIteration:
    print("迭代结束")

AssertionError 断言失败

assert 语句条件为 False 时引发，第 11 章详细讲解。

MemoryError 内存不足

程序请求的内存超过可用内存时引发。捕获 MemoryError 通常意义不大，因为此时程序可能已经无法正常工作。

SyntaxError 语法错误

代码语法不正确时在编译阶段引发，不是运行时异常：

python

try:
    eval("1 + ")  # 语法错误的表达式
except SyntaxError as e:
    print(e)  # unexpected EOF while parsing

6.8.10 异常的继承关系与匹配规则

异常捕获遵循继承关系匹配原则。except 子句指定的异常类型，能捕获该类型及其所有子类的异常。比如 except OSError: 能捕获 FileNotFoundError、PermissionError 等所有 OSError 的子类。

python

try:
    open("missing.txt", "r")
except OSError as e:
    # FileNotFoundError 是 OSError 的子类，这里也能捕获
    print(f"操作系统错误：{type(e).__name__}: {e}")
# 操作系统错误：FileNotFoundError: [Errno 2] No such file or directory: 'missing.txt'

这一特性在异常处理中既有用又危险。有用在于可以用一个 except 处理一类异常，危险在于可能意外捕获到本该单独处理的子类异常。编写多个 except 子句时，应当把更具体的子类放在前面，更通用的父类放在后面，否则子类 except 永远不会执行。

python

# 正确顺序：具体在前，通用在后
try:
    open("missing.txt", "r")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("权限不足")
except OSError:
    print("其他操作系统错误")

6.8.11 异常对象的 args 属性

异常对象通过 args 属性保存创建时传入的参数。对于 raise ValueError("消息")，args 是 ('消息',)。对于不传参数的异常，args 是空元组 ()。

python

try:
    raise ValueError("无效的优先级", 99)
except ValueError as e:
    print(e.args)      # ('无效的优先级', 99)
    print(e.args[0])   # 无效的优先级
    print(e.args[1])   # 99
    print(str(e))      # ('无效的优先级', 99)

str(e) 就是把 args 转成字符串。单个参数时显示参数本身，多个参数时显示元组形式。args 在日志记录和调试时很有用，可以访问异常的原始参数而不仅是字符串表示。

异常对象还有 __cause__、__context__、__suppress_context__ 三个属性与异常链相关，第 10 章讲解 raise ... from ... 时会详细介绍。

6.8.12 异常类型的查询辅助

Python 提供了几种查询异常类型关系的方式。issubclass(cls, parent) 判断一个类是否是另一个类的子类，type(e).__mro__ 查看异常的方法解析顺序（即继承链）。

python

print(issubclass(FileNotFoundError, OSError))  # True
print(issubclass(FileNotFoundError, Exception))  # True
print(issubclass(FileNotFoundError, ValueError))  # False

# 查看继承链
print(FileNotFoundError.__mro__)
# (<class 'FileNotFoundError'>, <class 'OSError'>, <class 'Exception'>,
#  <class 'BaseException'>, <class 'object'>)

在不确定两个异常类的继承关系时，issubclass() 是可靠的查询方式。__mro__ 展示完整的继承链，有助于理解异常在层次结构中的位置。

练习题

解释为什么应当用 except Exception: 而不是裸 except: 作为兜底捕获。如果用裸 except: 捕获，会出现什么问题？

参考答案

裸 except: 会捕获所有继承自 BaseException 的异常，包括 KeyboardInterrupt 和 SystemExit。这两个异常分别表示用户按 Ctrl+C 中断程序和 sys.exit() 请求退出，它们属于控制信号，不代表程序错误。

如果用裸 except: 捕获，按 Ctrl+C 无法中断程序，sys.exit() 无法正常退出，程序会继续运行，这对用户和运维都是灾难性的。

except Exception: 只捕获 Exception 及其子类，而 KeyboardInterrupt 和 SystemExit 不继承 Exception，所以不会被捕获，能正常传达中断和退出请求。因此兜底捕获应当用 except Exception:。

以下操作分别会触发什么异常？写出异常类型名。

python

int("abc")
[1, 2, 3][5]
{"a": 1}["b"]
"hello".append("!")
1 / 0
open("not_exist.txt", "r")

参考答案

python

int("abc")              # ValueError，类型正确但值无效
[1, 2, 3][5]            # IndexError，序列索引越界
{"a": 1}["b"]           # KeyError，字典键不存在
"hello".append("!")     # AttributeError，字符串没有 append 方法
1 / 0                   # ZeroDivisionError，除以零
open("not_exist.txt", "r")  # FileNotFoundError，文件不存在

这些是最常见的内置异常类型。ValueError 和 TypeError 的区别在于参数类型是否正确：int("abc") 中参数是字符串，类型正确，但内容无法转换，所以是 ValueError。如果传 int([1,2])，参数类型不对，会是 TypeError。

以下 except 子句的顺序有什么问题？请改正并说明原因。

python

try:
    open("tasks.txt", "r")
except OSError:
    print("操作系统错误")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")

参考答案

问题在于 FileNotFoundError 是 OSError 的子类，按从上到下的顺序匹配，except OSError: 会先匹配到 FileNotFoundError，导致 except FileNotFoundError: 永远不会执行。Python 会给出语法警告。

改正方法是把更具体的子类放在前面，更通用的父类放在后面：

python

try:
    open("tasks.txt", "r")
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except PermissionError:
    print("权限不足")
except OSError:
    print("其他操作系统错误")

这样 FileNotFoundError 会被第一个 except 捕获，其他 OSError 子类按顺序匹配，最后 except OSError: 兜底捕获未被前面覆盖的 OSError 子类。

给定以下代码，写出捕获异常后 e.args 的值。

python

try:
    raise ValueError("优先级超出范围", 99, "max=10")
except ValueError as e:
    print(e.args)

参考答案

e.args 的值是 ('优先级超出范围', 99, 'max=10')，一个包含三个元素的元组。

args 属性保存创建异常时传入的所有参数。raise ValueError("优先级超出范围", 99, "max=10") 传入了三个参数，它们被原样保存到 args 元组中。可以通过 e.args[0]、e.args[1]、e.args[2] 分别访问。str(e) 会把整个元组转为字符串显示为 ('优先级超出范围', 99, 'max=10')。

在任务管理器中，可以用多个参数传递结构化的错误信息，比如错误码、字段名、允许范围等，方便调用方程序化处理，而不只是依赖字符串消息。

常见错误

错误 1 · SyntaxWarning: catching a class that does not inherit from BaseException 或子类 except 永不执行

原因:多个 except 子句的顺序写反，把父类异常写在子类前面。由于 except 按从上到下匹配，父类会先匹配到子类异常，导致后面的子类 except 永远无法执行。Python 会对部分情况给出警告。

解决:把更具体的子类异常放在前面，更通用的父类异常放在后面。例如先 except FileNotFoundError:，再 except OSError:。不确定继承关系时用 issubclass() 查询。

错误 2 · Ctrl+C 无法中断程序，sys.exit() 无法退出

原因:使用了裸 except: 作为兜底捕获，它会捕获所有 BaseException 的子类，包括 KeyboardInterrupt 和 SystemExit。这两个异常是控制信号而非程序错误，被吞掉后用户无法中断程序，退出请求也被屏蔽。

解决:兜底捕获用 except Exception: 而非裸 except:。Exception 不包含 KeyboardInterrupt 和 SystemExit，二者能正常传达。确实需要捕获所有异常时，应分别显式处理 KeyboardInterrupt 和 SystemExit。

错误 3 · TypeError 与 ValueError 混淆导致捕获错误

原因:把类型不匹配的错误误判为值错误，或反之。int("abc") 是 ValueError（类型对但值无效），int([1,2]) 是 TypeError（类型不对）。捕获了错误的异常类型会导致另一个异常逃逸。

解决:区分异常类型的依据是参数类型是否正确。类型正确但值不合法是 ValueError，类型本身不对是 TypeError。不确定时用 except (TypeError, ValueError): 同时捕获两种，或在 except 中用 type(e).__name__ 打印实际异常类型。

6.8 异常体系与内置异常类型 ​

6.8.1 BaseException 异常层次结构的根 ​

6.8.2 Exception 基类 ​

6.8.3 数值与算术异常 ​

ArithmeticError 基类 ​

ZeroDivisionError 除零错误 ​

OverflowError 数值溢出 ​

6.8.4 查找异常 ​

LookupError 基类 ​

IndexError 索引越界 ​

KeyError 键不存在 ​

6.8.5 类型与值异常 ​

TypeError 类型错误 ​

ValueError 值错误 ​

6.8.6 Unicode 异常 ​

6.8.7 运行时异常 ​

RuntimeError 基类 ​

RecursionError 递归深度超限 ​

NotImplementedError 未实现 ​

6.8.8 操作系统异常 OSError ​

FileNotFoundError 文件不存在 ​

PermissionError 权限不足 ​

IsADirectoryError 和 NotADirectoryError ​

FileExistsError 文件已存在 ​

6.8.9 其他常见异常类型 ​

AttributeError 属性错误 ​

NameError 名称未定义 ​

StopIteration 迭代结束 ​

AssertionError 断言失败 ​

MemoryError 内存不足 ​

SyntaxError 语法错误 ​

6.8.10 异常的继承关系与匹配规则 ​

6.8.11 异常对象的 args 属性 ​

6.8.12 异常类型的查询辅助 ​

练习题 ​

常见错误 ​

6.8 异常体系与内置异常类型

6.8.1 BaseException 异常层次结构的根

6.8.2 Exception 基类

6.8.3 数值与算术异常

ArithmeticError 基类

ZeroDivisionError 除零错误

OverflowError 数值溢出

6.8.4 查找异常

LookupError 基类

IndexError 索引越界

KeyError 键不存在

6.8.5 类型与值异常

TypeError 类型错误

ValueError 值错误

6.8.6 Unicode 异常

6.8.7 运行时异常

RuntimeError 基类

RecursionError 递归深度超限

NotImplementedError 未实现

6.8.8 操作系统异常 OSError

FileNotFoundError 文件不存在

PermissionError 权限不足

IsADirectoryError 和 NotADirectoryError

FileExistsError 文件已存在

6.8.9 其他常见异常类型

AttributeError 属性错误

NameError 名称未定义

StopIteration 迭代结束

AssertionError 断言失败

MemoryError 内存不足

SyntaxError 语法错误

6.8.10 异常的继承关系与匹配规则

6.8.11 异常对象的 args 属性

6.8.12 异常类型的查询辅助

练习题

常见错误