Своя ошибка python

Привет, Хабр!

Ваш интерес к новой книге «Секреты Python Pro» убедил нас, что рассказ о необычностях Python заслуживает продолжения. Сегодня предлагаем почитать небольшой туториал о создании кастомных (в тексте — собственных) классах исключений. У автора получилось интересно, сложно не согласиться с ним в том, что важнейшим достоинством исключения является полнота и ясность выдаваемого сообщения об ошибке. Часть кода из оригинала — в виде картинок.

Добро пожаловать под кат.

Создание собственных классов ошибок

В Python предусмотрена возможность создавать собственные классы исключений. Создавая такие классы, можно разнообразить дизайн классов в приложении. Собственный класс ошибок мог бы логировать ошибки, инспектировать объект. Это мы определяем, что делает класс исключений, хотя, обычно собственный класс едва ли сможет больше, чем просто отобразить сообщение.

Естественно, важен и сам тип ошибки, и мы часто создаем собственные типы ошибок, чтобы обозначить конкретную ситуацию, которая обычно не покрывается на уровне языка Python. Таким образом, пользователи класса, встретив такую ошибку, будут в точности знать, что происходит.

Эта статья состоит из двух частей. Сначала мы определим класс исключений сам по себе. Затем продемонстрируем, как можно интегрировать собственные классы исключений в наши программы на Python и покажем, как таким образом повысить удобство работы с теми классами, что мы проектируем.

Собственный класс исключений MyCustomError

При выдаче исключения требуются методы __init__() и __str__().

При выдаче исключения мы уже создаем экземпляр исключения и в то же время выводим его на экран. Давайте детально разберем наш собственный класс исключений, показанный ниже.

В вышеприведенном классе MyCustomError есть два волшебных метода, __init__ и __str__, автоматически вызываемых в процессе обработки исключений. Метод Init вызывается при создании экземпляра, а метод str – при выводе экземпляра на экран. Следовательно, при выдаче исключения два этих метода обычно вызываются сразу друг за другом. Оператор вызова исключения в Python переводит программу в состояние ошибки.

В списке аргументов метода __init__ есть *args. Компонент *args – это особый режим сопоставления с шаблоном, используемый в функциях и методах. Он позволяет передавать множественные аргументы, а переданные аргументы хранит в виде кортежа, но при этом позволяет вообще не передавать аргументов.

В нашем случае можно сказать, что, если конструктору MyCustomError были переданы какие-либо аргументы, то мы берем первый переданный аргумент и присваиваем его атрибуту message в объекте. Если ни одного аргумента передано не было, то атрибуту message будет присвоено значение None.

В первом примере исключение MyCustomError вызывается без каких-либо аргументов, поэтому атрибуту message этого объекта присваивается значение None. Будет вызван метод str, который выведет на экран сообщение ‘MyCustomError message has been raised’.

Исключение MyCustomError выдается без каких-либо аргументов (скобки пусты). Иными словами, такая конструкция объекта выглядит нестандартно. Но это просто синтаксическая поддержка, оказываемая в Python при выдаче исключения.

Во втором примере MyCustomError передается со строковым аргументом ‘We have a problem’. Он устанавливается в качестве атрибута message у объекта и выводится на экран в виде сообщения об ошибке, когда выдается исключение.

Код для класса исключения MyCustomError находится здесь.

class MyCustomError(Exception):
    def __init__(self, *args):
        if args:
            self.message = args[0]
        else:
            self.message = None

    def __str__(self):
        print('calling str')
        if self.message:
            return 'MyCustomError, {0} '.format(self.message)
        else:
            return 'MyCustomError has been raised'


# выдача MyCustomError

raise MyCustomError('We have a problem')

Класс CustomIntFloatDic

Создаем собственный словарь, в качестве значений которого могут использоваться только целые числа и числа с плавающей точкой.

Пойдем дальше и продемонстрируем, как с легкостью и пользой внедрять классы ошибок в наши собственные программы. Для начала предложу слегка надуманный пример. В этом вымышленном примере я создам собственный словарь, который может принимать в качестве значений только целые числа или числа с плавающей точкой.

Если пользователь попытается задать в качестве значения в этом словаре любой другой тип данных, то будет выдано исключение. Это исключение сообщит пользователю полезную информацию о том, как следует использовать данный словарь. В нашем случае это сообщение прямо информирует пользователя, что в качестве значений в данном словаре могут задаваться только целые числа или числа с плавающей точкой.

Создавая собственный словарь, нужно учитывать, что в нем есть два места, где в словарь могут добавляться значения. Во-первых, это может происходить в методе init при создании объекта (на данном этапе объекту уже могут быть присвоены ключи и значения), а во-вторых — при установке ключей и значений прямо в словаре. В обоих этих местах требуется написать код, гарантирующий, что значение может относиться только к типу int или float.

Для начала определю класс CustomIntFloatDict, наследующий от встроенного класса dict. dict передается в списке аргументов, которые заключены в скобки и следуют за именем класса CustomIntFloatDict.

Если создан экземпляр класса CustomIntFloatDict, причем, параметрам ключа и значения не передано никаких аргументов, то они будут установлены в None. Выражение if интерпретируется так: если или ключ равен None, или значение равно None, то с объектом будет вызван метод get_dict(), который вернет атрибут empty_dict; такой атрибут у объекта указывает на пустой список. Помните, что атрибуты класса доступны у всех экземпляров класса.

Назначение этого класса — позволить пользователю передать список или кортеж с ключами и значениями внутри. Если пользователь вводит список или кортеж в поисках ключей и значений, то два эти перебираемых множества будут сцеплены при помощи функции zip языка Python. Подцепленная переменная, указывающая на объект zip, поддается перебору, а кортежи поддаются распаковке. Перебирая кортежи, я проверяю, является ли val экземпляром класса int или float. Если val не относится ни к одному из этих классов, я выдаю собственное исключение IntFloatValueError и передаю ему val в качестве аргумента.

Класс исключений IntFloatValueError

При выдаче исключения IntFloatValueError мы создаем экземпляр класса IntFloatValueError и одновременно выводим его на экран. Это означает, что будут вызваны волшебные методы init и str.

Значение, спровоцировавшее выдаваемое исключение, устанавливается в качестве атрибута value, сопровождающего класс IntFloatValueError. При вызове волшебного метода str пользователь получает сообщение об ошибке, информирующее, что значение init в CustomIntFloatDict является невалидным. Пользователь знает, что делать для исправления этой ошибки.

Классы исключений IntFloatValueError и KeyValueConstructError

Если ни одно исключение не выдано, то есть, все val из сцепленного объекта относятся к типам int или float, то они будут установлены при помощи __setitem__(), и за нас все сделает метод из родительского класса dict, как показано ниже.

Класс KeyValueConstructError

Что произойдет, если пользователь введет тип, не являющийся списком или кортежем с ключами и значениями?

Опять же, этот пример немного искусственный, но с его помощью удобно показать, как можно использовать собственные классы исключений.

Если пользователь не укажет ключи и значения как список или кортеж, то будет выдано исключение KeyValueConstructError. Цель этого исключения – проинформировать пользователя, что для записи ключей и значений в объект CustomIntFloatDict, список или кортеж должен быть указан в конструкторе init класса CustomIntFloatDict.

В вышеприведенном примере, в качестве второго аргумента конструктору init было передано множество, и из-за этого было выдано исключение KeyValueConstructError. Польза выведенного сообщения об ошибке в том, что отображаемое сообщение об ошибке информирует пользователя: вносимые ключи и значения должны сообщаться в качестве либо списка, либо кортежа.

Опять же, когда выдано исключение, создается экземпляр KeyValueConstructError, и при этом ключ и значения передаются в качестве аргументов конструктору KeyValueConstructError. Они устанавливаются в качестве значений атрибутов key и value у KeyValueConstructError и используются в методе __str__ для генерации информативного сообщения об ошибке при выводе сообщения на экран.

Далее я даже включаю типы данных, присущие объектам, добавленным к конструктору init – делаю это для большей ясности.

Установка ключа и значения в CustomIntFloatDict

CustomIntFloatDict наследует от dict. Это означает, что он будет функционировать в точности как словарь, везде за исключением тех мест, которые мы выберем для точечного изменения его поведения.

__setitem__ — это волшебный метод, вызываемый при установке ключа и значения в словаре. В нашей реализации setitem мы проверяем, чтобы значение относилось к типу int или float, и только после успешной проверки оно может быть установлено в словаре. Если проверка не пройдена, то можно еще раз воспользоваться классом исключения IntFloatValueError. Здесь можно убедиться, что, попытавшись задать строку ‘bad_value’ в качестве значения в словаре test_4, мы получим исключение.

Весь код к этому руководству показан ниже и выложен на Github.

# Создаем словарь, значениями которого могут служить только числа типов int и float  

class IntFloatValueError(Exception):
    def __init__(self, value):
        self.value = value

    def __str__(self):
        return '{} is invalid input, CustomIntFloatDict can only accept ' 
               'integers and floats as its values'.format(self.value)


class KeyValueContructError(Exception):
    def __init__(self, key, value):
        self.key = key
        self.value = value

    def __str__(self):
        return 'keys and values need to be passed as either list or tuple' + 'n' + 
                ' {} is of type: '.format(self.key) + str(type(self.key)) + 'n' + 
                ' {} is of type: '.format(self.value) + str(type(self.value))


class CustomIntFloatDict(dict):

    empty_dict = {}

    def __init__(self, key=None, value=None):

        if key is None or value is None:
            self.get_dict()

        elif not isinstance(key, (tuple, list,)) or not isinstance(value, (tuple, list)):
            raise KeyValueContructError(key, value)
        else:
            zipped = zip(key, value)
            for k, val in zipped:
                if not isinstance(val, (int, float)):
                    raise IntFloatValueError(val)
                dict.__setitem__(self, k, val)

    def get_dict(self):
        return self.empty_dict

    def __setitem__(self, key, value):
        if not isinstance(value, (int, float)):
            raise IntFloatValueError(value)
        return dict.__setitem__(self, key, value)


# тестирование 

# test_1 = CustomIntFloatDict()
# print(test_1)
# test_2 = CustomIntFloatDict({'a', 'b'}, [1, 2])
# print(test_2)
# test_3 = CustomIntFloatDict(('x', 'y', 'z'), (10, 'twenty', 30))
# print(test_3)
# test_4 = CustomIntFloatDict(('x', 'y', 'z'), (10, 20, 30))
# print(test_4)
# test_4['r'] = 1.3
# print(test_4)
# test_4['key'] = 'bad_value'

Заключение

Если создавать собственные исключения, то работать с классом становится гораздо удобнее. В классе исключения должны быть волшебные методы init и str, автоматически вызываемые в процессе обработки исключений. Только от вас зависит, что именно будет делать ваш собственный класс исключений. Среди показанных методов – такие, что отвечают за инспектирование объекта и вывод на экран информативного сообщения об ошибке.

Как бы то ни было, классы исключений значительно упрощают обработку всех возникающих ошибок!

В Python пользователи могут определять свои собственные исключения, создавая новый класс. Этот класс исключений должен прямо или косвенно быть производным от встроенного класса Exception. Большинство встроенных исключений также являются производными от этого класса. Все пользовательские исключения также должны быть производными от этого класса.

Пользовательские исключения полезны тем, что их можно вызвать с неправильными или неожиданными входными данными, тем самым лучше прояснив ситуацию с кодом, который падает или неправильно работает.

В примере создается определяемое пользователем исключение CustomError(), которое наследуется от класса Exception. Это новое исключение, как и другие исключения, может быть вызвано с помощью оператора raise с дополнительным сообщением об ошибке.

# Определяем собственное исключение
>>> class CustomError(Exception):
...     pass
...
>>> raise CustomError
# Traceback (most recent call last):
# ...
# __main__.CustomError

# Вызываем собственное исключение 
# 'CustomError' с сообщением об ошибке
>>> raise CustomError("An error occurred")
# Traceback (most recent call last):
# ...
# __main__.CustomError: An error occurred

При разработке программы на Python, хорошей практикой считается помещать все определяемые пользователем исключения в отдельный файл. Многие стандартные модули определяют свои исключения отдельно как exceptions.py или errors.py (обычно, но не всегда).

Пользовательский класс исключений может реализовать все, что может делать обычный класс, но обычно их делают простыми и краткими. Большинство реализаций пользовательских исключений объявляют настраиваемый базовый класс и наследуют другие классы исключений из этого базового класса.

Большинство пользовательских исключений определяются именами, которые заканчиваются на «Error», аналогично именованию стандартных исключений.

В следующем примере иллюстрируется, как пользовательские исключения могут использоваться в программе для создания и перехвата ошибок.

Программа просит ввести число до тех пор, пока оно не будет равно загаданному. В качестве подсказки, пользователю каждый раз выводятся сообщения, о том, больше или меньше введенное число чем загаданное.

# определение пользовательских исключений
class Error(Exception):
    """Базовый класс для других исключений"""
    pass

class ValueTooSmallError(Error):
    """Вызывается, когда входное значение мало"""
    pass

class ValueTooLargeError(Error):
    """Вызывается, когда входное значение велико"""
    pass

# число, которое нужно угадать
number = 10

# игра продолжается до тех пор, 
# пока пользователь его не угадает
while True:
    try:
        i_num = int(input("Ввести число: "))
        if i_num < number:
            raise ValueTooSmallError
        elif i_num > number:
            raise ValueTooLargeError
        break
    except ValueTooSmallError:
        print("Это число меньше загаданного, попробуйте еще раз!n")
    except ValueTooLargeError:
        print("Это число больше загаданного, попробуйте еще раз!n")

print("Поздравляю! Вы правильно угадали.")

В примере определен базовый класс под названием Error(). Два других исключения, которые фактически вызываются программой (ValueTooSmallError и ValueTooLargeError), являются производными от класса Error().

Это стандартный способ определения пользовательских исключений в программировании на Python, но ни кто не ограничен только этим способом.

Пример запуска скрипта с примером:

Ввести число: 12
Это число больше загаданного, попробуйте еще раз!

Ввести число: 0
Это число меньше загаданного, попробуйте еще раз!

Ввести число: 8
Это число меньше загаданного, попробуйте еще раз!

Ввести число: 10
Поздравляю! Вы правильно угадали.

Смотрим еще один простенький пример.

Пользовательские классы исключений, часто предлагая только ряд атрибутов, которые позволяют извлекать информацию об ошибке для исключения.

class Error(Exception):
    """Базовый класс для исключений в этом модуле."""
    pass

class InputError(Error):
    """Исключение для ошибок во входных данных.
    Attributes:
        expression -- выражение, в котором произошла ошибка
        message -- объяснение ошибки
    """
    def __init__(self, expression, message):
        self.expression = expression
        self.message = message


x = input("Ведите положительное целое число: ")
try:
    x = int(x)
    if x < 0:
        raise InputError(f'!!! x = input({x})', 
                         '-> Допустимы только положительные числа.')
except ValueError:
    print("Error type of value!")
except InputError as e:
    print(e.args[0])
    print(e.args[1])
else:
    print(x)


# Ведите положительное целое число: 3
# 3

# Ведите положительное целое число: 7.9
# Error type of value!

# Ведите положительное целое число: -5
# !!! x = input(-5)
# -> Допустимы только положительные числа.

У объектов класса исключений Exception и его производных, определен метод __str__() так, чтобы выводить значения атрибутов. Поэтому можно не обращаться напрямую к полям объекта: e.expression и e.message. Кроме того у экземпляров класса исключений Exception есть атрибут args. Через него можно получать доступ к отдельным полям, как показано в примере выше.

Многие стандартные модули определяют свои собственные исключения для сообщений об ошибках, которые могут возникать в определяемых ими функциях. Более подробная информация о классах представлена в разделе «Классы в Python».

Настройка собственных классов исключений.

Для тонкой настройки своего класса исключения нужно иметь базовые знания объектно-ориентированного программирования.

Чтобы принимать дополнительные аргументы в соответствии с задачами конкретного исключения, необходимо дополнительно настроить пользовательский класс исключения.

Рассмотрим пример:

class SalaryNotInRangeError(Exception):
    """Исключение возникает из-за ошибок в зарплате.

    Атрибуты:
        salary: входная зарплата, вызвавшая ошибку
        message: объяснение ошибки
    """

    def __init__(self, salary, message="Зарплата не входит в диапазон (5000, 15000)"):
        self.salary = salary
        self.message = message
        # переопределяется конструктор встроенного класса `Exception()`
        super().__init__(self.message)


salary = int(input("Введите сумму зарплаты: "))
if not 5000 < salary < 15000:
    raise SalaryNotInRangeError(salary)

В примере, для приема аргументов salary и message переопределяется конструктор встроенного класса Exception(). Затем конструктор родительского класса Exception() вызывается вручную с аргументом self.message при помощи функции super(). Пользовательский атрибут self.salary определен для использования позже.

Результаты запуска скрипта:

Введите сумму зарплаты: 2000
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 17, in <module>
    raise SalaryNotInRangeError(salary)
__main__.SalaryNotInRangeError: Зарплата не входит в диапазон (5000, 15000)

Унаследованный метод __str__ класса Exception() используется для отображения соответствующего сообщения при возникновении SalaryNotInRangeError(). Также можно настроить сам метод __str__, переопределив его.

class SalaryNotInRangeError(Exception):
    """Исключение возникает из-за ошибок в зарплате.

    Атрибуты:
        salary: входная зарплата, вызвавшая ошибку
        message: объяснение ошибки
    """

    def __init__(self, salary, message="Зарплата не входит в диапазон (5000, 15000)"):
        self.salary = salary
        self.message = message
        super().__init__(self.message)

    # переопределяем метод '__str__'
    def __str__(self):
        return f'{self.salary} -> {self.message}'

salary = int(input("Введите сумму зарплаты: "))
if not 5000 < salary < 15000:
    raise SalaryNotInRangeError(salary)

Вывод работы скрипта:

Введите сумму зарплаты: 2000
Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 20, in <module>
    raise SalaryNotInRangeError(salary)
__main__.SalaryNotInRangeError: 2000 -> Зарплата не входит в диапазон (5000, 15000)

Как перехватывать пользовательское исключение.

Определение собственного исключения не меняет того, какие исключения создаются используемым, в данный момент модулем.

Если необходимо, чтобы код использовал пользовательское исключение, то сначала нужно перехватить исключение, определяемое используемым модулем, а затем повторно вызвать, при помощи raise, своё собственное исключение.

import sqlite3 

class MyError(Exception):
     """Could not connect to db"""
     pass

try:         
    conn= sqlite3.connect('database.sqlite')
except sqlite3.Error as e:
    raise MyError(f'Could not connect to db: {e.value}')

В примере ловиться исключение, определяемое модулем sqlite3, а затем вызывается пользовательское исключение при помощи raise.

Обработка исключений

При выполнении заданий к главам вы, скорее всего, нередко сталкивались с возникновением различных ошибок. В этой главе 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("
    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:

2.0
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 этой главы 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.

1. Создайте собственный класс исключений в Python
2. Выполнение обработки исключений с помощью блока try...except в Python

Это руководство продемонстрирует, как вы можете создавать собственные классы исключений в Python. Здесь мы покажем, как правильно выполнять обработку исключений, определять собственные классы исключений и переопределять существующие встроенные исключения.

Исключения — это тип событий, которые происходят всякий раз, когда что-то в программе идет не так, как задумано, или нарушает выполнение предполагаемого варианта использования программы. Без обработки исключений программа полностью прекратит выполнение, и исключение придется либо исправить, либо обработать.

Создайте собственный класс исключений в Python

Создание класса исключения в Python выполняется так же, как и для обычного класса. Основное отличие состоит в том, что вы должны включить базовый класс Python Exception, чтобы сообщить компилятору, что создаваемый вами класс является классом исключения.

Давайте протестируем этот метод, чтобы создать класс исключения с именем DemoException и использовать ключевое слово потока управления заполнителем pass внутри в качестве заполнителя.

class DemoException(Exception):
    pass

Выполнение вызова исключения с использованием ключевого слова raise в Python

Чтобы протестировать класс DemoException и увидеть, что он отображает при фактическом срабатывании, выполните создание исключения. Возбуждение исключения является синонимом выброса исключения в других языках программирования.

Используя ключевое слово raise, запускает исключение, используя данный класс исключения, и выводит сообщение об исключении.

class DemoException(Exception):
    pass

raise DemoException

Выход:

Traceback (most recent call last):
  File "/Users/demo/python/demo_exception.py", line 4, in <module>
    raise DemoException
__main__.DemoException

Стандартное исключение будет выглядеть в терминале, если не было объявлено настраиваемое сообщение об исключении.

Объявление настраиваемого сообщения об исключении в Python

Чтобы объявить настраиваемое сообщение об исключении для DemoException, переопределите метод __init__() класса исключения и включите в параметры сообщение, которое должно выводиться для исключения, вместе с обязательным параметром ссылки на себя self.

Например, переопределим метод __init__() и создадим собственное сообщение для класса DemoException:

class DemoException(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)

Обратите внимание, что для успешной интеграции сообщения в ваше исключение вызовите базовый класс Exception, метод __init__() и включите message в качестве аргумента.

Давайте снова вызовем класс исключения, используя ключевое слово raise, а теперь передавая с ним собственное сообщение:

class DemoException(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)
        
message = "Exception Triggered! Something went wrong."
raise DemoException(message)

Результат должен выглядеть так:

Traceback (most recent call last):
  File "/Users/demo/python/helloworld.py", line 6, in <module>
    raise DemoException(message)
__main__.DemoException: Exception Triggered! Something went wrong.

Теперь мы успешно создали и запустили класс исключения с настраиваемым сообщением об ошибке.

В реальных ситуациях, которые могут вызвать исключение, как мы обрабатываем и вызываем эти исключения? Вы можете аккуратно решить эту проблему, реализовав обработку исключений с помощью блока try...except.

Выполнение обработки исключений с помощью блока try...except в Python

Блок try...except очень похож на блок try-catch в других языках, таких как Java.

Блок try...except имеет 2 основных блока и 2 дополнительных блока:

• try (обязательно) — основной блок, отвечающий за инкапсуляцию блока кода, в котором может быть вызвано исключение. Блок try останавливает весь процесс в нем при возникновении исключения.
• except (обязательно) — программа блока продолжается всякий раз, когда инициируется указанное исключение. Этот блок обычно содержит описательное сообщение об ошибке для вызывающего абонента или просто простую инструкцию print(). В одном блоке try может быть более одного блока except, каждый из которых перехватывает разные исключения.
• else (необязательно) — в этом необязательном блоке программа продолжит работу, если блок try не вызвал никаких исключений.
• finally (необязательно) — этот необязательный блок запускается после того, как все из предыдущих 3 блоков было выполнено, независимо от того, инициировано ли исключение или нет.

Давайте воспользуемся предыдущим примером с использованием класса DemoException, чтобы попробовать простой блок try...except.

Сначала оберните ключевое слово raise в функцию и поместите его в блок try...except.

Функция, которую мы создадим для этого примера, — это функция, которая принимает число и выдает исключение, если оно отправляет 0. Если он отправит любой другой номер, то код будет работать так, как задумано. Посмотрите пример ниже:

class DemoException(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)
        

message = "Exception Triggered! Something went wrong."

def triggerException(num):
    if (num == 0):
        raise DemoException(message)
    else:
        print(num)


try:
    triggerException(0)
    print("Code has successfully been executed.")
except DemoException:
    print("Error: Number should not be 0.")

Поскольку triggerException() передало 0 в качестве аргумента, код должен вызвать DemoException. Здесь мы должны ожидать, что сообщение с ключевым словом raise будет заменено тем, что находится внутри блока except в качестве вывода.

Обратите внимание, что строка print() после вызова функции triggerException() не выводилась. Это потому, что функция вызвала исключение; поэтому он немедленно остановил все процессы в блоке try и перешел непосредственно к блоку except.

Выход:

Error: Number should not be 0.

Теперь давайте попробуем передать допустимое число, например, 20.

try:
    triggerException(20)
    print("Code has successfully been executed.")
except DemoException:
    print("Error: Number should not be 0.")

Выход:

20
Code has successfully been executed.

Попробуем объединить блоки except и создать еще одно исключение. Назовем новое исключение NumberFormatException, которое срабатывает, если заданный вход не является числом. Для этого класса исключения давайте объявим сообщение внутри класса.

class NumberFormatException(Exception, value):
    message = f'{value} is not a number'
    def __init__(self):
        super().__init__(message)

Теперь измените приведенный выше код для обработки нового класса исключения NumberFormatException:

class DemoException(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)
        
class NumberFormatException(Exception):
    def __init__(self, message, value):
        message = f'{value} is not a number'
        super().__init__(message)
        
message = "Exception occured."

def triggerException(num):
    if (not num.isdigit()):
        raise NumberFormatException(message, num)
    elif (num == 0):
        raise DemoException(message)
    else:
        print(num)

num = "sample string"
try:
    triggerException(num)
    print("Code has successfully been executed.")
except DemoException:
    print("Error: Number should not be 0.")
except NumberFormatException:
    print(num+" is not a number.")

В этом коде значение num, которое было передано в triggerException(), является строкой 'sample string', поэтому должно сработать NumberFormatException.

Выход:

sample string is not a number.

Таким образом, создание пользовательских исключений в Python так же просто, как создание нового класса, но с классом Exception в качестве дополнительного аргумента в определении класса. Ключевое слово raise используется для запуска исключений с учетом класса исключения. Блоки try...except используются для обертывания одного или нескольких исключений в блоке кода и изменения того, что делает код при обработке этого исключения, а не просто для полного завершения программы.