Значения исключений и ошибок в Python

Найди ошибки в представленных ниже кодах программы a int input

Обработка ошибок увеличивает отказоустойчивость кода, защищая его от потенциальных сбоев, которые могут привести к преждевременному завершению работы.

Прежде чем переходить к обсуждению того, почему обработка исключений так важна, и рассматривать встроенные в Python исключения, важно понять, что есть тонкая грань между понятиями ошибки и исключения.

Обработка исключений делает код более отказоустойчивым и помогает предотвращать потенциальные проблемы, которые могут привести к преждевременной остановке выполнения. Представьте код, который готов к развертыванию, но все равно прекращает работу из-за исключения. Клиент такой не примет, поэтому стоит заранее обработать конкретные исключения, чтобы избежать неразберихи.

Ошибки могут быть разных видов:

Разберем их по очереди.

Синтаксические ошибки (SyntaxError)

Синтаксические ошибки часто называют ошибками разбора. Они возникают, когда интерпретатор обнаруживает синтаксическую проблему в коде.

Рассмотрим на примере.

Стрелка вверху указывает на место, где интерпретатор получил ошибку при попытке исполнения. Знак перед стрелкой указывает на причину проблемы. Для устранения таких фундаментальных ошибок Python будет делать большую часть работы за программиста, выводя название файла и номер строки, где была обнаружена ошибка.

Недостаточно памяти (OutofMemoryError)

Но поскольку Python использует архитектуру управления памятью из языка C (функция malloc() ), не факт, что все процессы восстановятся — в некоторых случаях MemoryError приведет к остановке. Следовательно, обрабатывать такие ошибки не рекомендуется, и это не считается хорошей практикой.

Ошибка рекурсии (RecursionError)

Эта ошибка связана со стеком и происходит при вызове функций. Как и предполагает название, ошибка рекурсии возникает, когда внутри друг друга исполняется много методов (один из которых — с бесконечной рекурсией), но это ограничено размером стека.

Все локальные переменные и методы размещаются в стеке. Для каждого вызова метода создается стековый кадр (фрейм), внутрь которого помещаются данные переменной или результат вызова метода. Когда исполнение метода завершается, его элемент удаляется.

Ошибка отступа (IndentationError)

Эта ошибка похожа по духу на синтаксическую и является ее подвидом. Тем не менее она возникает только в случае проблем с отступами.

Исключения

Даже если синтаксис в инструкции или само выражение верны, они все равно могут вызывать ошибки при исполнении. Исключения Python — это ошибки, обнаруживаемые при исполнении, но не являющиеся критическими. Скоро вы узнаете, как справляться с ними в программах Python. Объект исключения создается при вызове исключения Python. Если скрипт не обрабатывает исключение явно, программа будет остановлена принудительно.

Программы обычно не обрабатывают исключения, что приводит к подобным сообщениям об ошибке:

Ошибка типа (TypeError)

Ошибка деления на ноль (ZeroDivisionError)

Оставшаяся часть строки с ошибкой предлагает подробности о причине ошибки на основе ее типа.

Теперь рассмотрим встроенные исключения Python.

Встроенные исключения

Прежде чем переходить к разбору встроенных исключений быстро вспомним 4 основных компонента обработки исключения, как показано на этой схеме.

В следующем разделе руководства больше узнаете об общих типах исключений и научитесь обрабатывать их с помощью инструмента обработки исключения.

Ошибка прерывания с клавиатуры (KeyboardInterrupt)

Исключение KeyboardInterrupt вызывается при попытке остановить программу с помощью сочетания Ctrl + C или Ctrl + Z в командной строке или ядре в Jupyter Notebook. Иногда это происходит неумышленно и подобная обработка поможет избежать подобных ситуаций.

Стандартные ошибки (StandardError)

Рассмотрим некоторые базовые ошибки в программировании.

Арифметические ошибки (ArithmeticError)

Все перечисленные выше исключения относятся к классу Arithmetic и вызываются при ошибках в арифметических операциях.

Деление на ноль (ZeroDivisionError)

Когда делитель (второй аргумент операции деления) или знаменатель равны нулю, тогда результатом будет ошибка деления на ноль.

Переполнение (OverflowError)

Ошибка переполнение вызывается, когда результат операции выходил за пределы диапазона. Она характерна для целых чисел вне диапазона.

Ошибка утверждения (AssertionError)

Когда инструкция утверждения не верна, вызывается ошибка утверждения.

Ошибка атрибута (AttributeError)

Ошибка импорта (ModuleNotFoundError)

Ошибка импорта вызывается при попытке импортировать несуществующий (или неспособный загрузиться) модуль в стандартном пути или даже при допущенной ошибке в имени.

Ошибка поиска (LookupError)

LockupError выступает базовым классом для исключений, которые происходят, когда key или index используются для связывания или последовательность списка/словаря неверна или не существует.

Здесь есть два вида исключений:

Ошибка ключа

Ошибка индекса

Если пытаться получить доступ к индексу (последовательности) списка, которого не существует в этом списке или находится вне его диапазона, будет вызвана ошибка индекса (IndexError: list index out of range python).

Ошибка памяти (MemoryError)

Как уже упоминалось, ошибка памяти вызывается, когда операции не хватает памяти для выполнения.

Ошибка имени (NameError)

Ошибка имени возникает, когда локальное или глобальное имя не находится.

Ошибка выполнения (Runtime Error)

Ошибка типа (TypeError)

Ошибка типа вызывается при попытке объединить два несовместимых операнда или объекта.

В примере ниже целое число пытаются добавить к строке, что приводит к ошибке типа.

Ошибка значения (ValueError)

Ошибка значения вызывается, когда встроенная операция или функция получают аргумент с корректным типом, но недопустимым значением.

В этом примере встроенная операция float получат аргумент, представляющий собой последовательность символов (значение), что является недопустимым значением для типа: число с плавающей точкой.

Пользовательские исключения в Python

В Python есть много встроенных исключений для использования в программе. Но иногда нужно создавать собственные со своими сообщениями для конкретных целей.

Это можно сделать, создав новый класс, который будет наследовать из класса Exception в Python.

В предыдущем примере если ввести что-либо меньше 1, будет вызвано исключение. Многие стандартные исключения имеют собственные исключения, которые вызываются при возникновении проблем в работе их функций.

Недостатки обработки исключений в Python

У использования исключений есть свои побочные эффекты, как, например, то, что программы с блоками try-except работают медленнее, а количество кода возрастает.

Поэтому стоит ограничить использование обработки исключений в Python и применять его в редких случаях. Например, когда вы не уверены, что будет вводом: целое или число с плавающей точкой, или не уверены, существует ли файл, который нужно открыть.

Выводы!

Как вы могли увидеть, обработка исключений помогает прервать типичный поток программы с помощью специального механизма, который делает код более отказоустойчивым.

Обработка исключений — один из основных факторов, который делает код готовым к развертыванию. Это простая концепция, построенная всего на 4 блоках: try выискивает исключения, а except их обрабатывает.

Очень важно поупражняться в их использовании, чтобы сделать свой код более отказоустойчивым.

2.1. Начало работы в Python 3 и Wing IDE 101¶

Сейчас существуют две основных ветки (версии) развития языка Python (питон): Python 2 и Python 3. Версия 2 официально считается устаревшей (поддержка версии 2 заканчивается в 2020 году), версия 3 — более новой и современной. Мы будем изучать именно версию 3. Версия 2 существенно отличается от версии 3, мы не будем обсуждать эти отличия.

В пределах как версии 2, так и версии 3 есть «подверсии», например, последняя версия из третьей ветки сейчас (2020 г.) — версия 3.8.2 (не считая тех версий, которые находятся еще в разработке). В принципе, для наших занятий можно использовать более-менее любую версию питона из третьей ветки, лучше как минимум 3.3, но если нет особенных причин, то устанавливайте последнюю доступную вам версию.

2.1.2. Установка Python¶

Python — это свободное кросс-платформенное программное обеспечение, поэтому его можно легко скачать с официального сайта, можно свободно распространять, и можно установить на все современные операционные системы.

Если вы работаете в другой операционной системе, то разберитесь, как установить питон, самостоятельно. В Linux, например, питон есть в репозиториях всех ведущих дистрибутивов, пакет обычно называется python3 (а просто python — это питон второй версии).

2.1.3. Установка Wing IDE¶

Сам по себе питон — это только интерпретатор кода. Он запускает ваши программы, но не содержит удобного редактора. Поэтому для написания программ я советую вам использовать среду разработки (по сути, продвинутый редактор) Wing IDE.

Wing IDE — это, к сожалению, не свободное ПО, но у него существует официально бесплатная версия для образовательных целей, называется Wing IDE 101. Она доступна как для Windows, так и для Linux и macOS.

Все программы для установки можно скачать с официального сайта Wing IDE (https://wingware. com/, через пункт Download — Wing IDE 101); установщик под Windows также можно скачать со странички курса. Обратите внимание, что вам нужна именно версия 101, а не какая-нибудь другая! Установите Wing IDE с помощью этого установщика, ничего сложного в нем нет.

Wing IDE — это просто среда разработки (IDE) для Python, т.е. удобный редактор программ, позволяющий легко запускать программы с помощью питона (именно поэтому надо отдельно устанавливать сам Python — Wing IDE его не включает в себя). В принципе, вы можете использовать и какую-нибудь другую среду разработки, но тогда разбирайтесь с ней сами. В частности, сам Python включает простенькую среду разработки Python IDLE, ее описание вы можете встретить во многих книжках по Python, но она слишком простая и потому не очень удобная. Так же есть популярная среда PyCharm, но на мой вкус она слишком сложная.

2.1.4. Проверка установки¶

Запустите Wing IDE. Появится следующее окошко:

Если у вас не получается, напишите мне [1], указав, куда вы установили питон, и прислав скриншоты основного окна Wing IDE и диалога Edit — Configure Python.

2.1.5. Первая программа¶

В основном меню Wing IDE выберите пункт File — New. Появится окно для редактирования текста программы. В этом окне наберите следующий текст:

(Здесь " — это символ кавычек.)

Должно получиться так:

Убедитесь, что опечаток нет. Сохраните программу: нажмите Ctrl-S или выберите пункт меню File — Save As. Wing IDE предложит выбрать имя файла для сохранения, для первой программы можно выбрать любое имя.

Обратите внимание, что Wing IDE раскрашивает вашу программу. Это делается для того, чтобы ее было удобнее читать; на самом деле для питона цвет не важен, он сделан только для того, чтобы вам было удобнее читать. Аналогично, в этом тексте код тоже раскрашен, причем раскраска может быть немного другой (это просто обусловлено системой, которую я использую для написания текста). Но еще раз: цвета только для удобства чтения, никакой больше нагрузки они не несут, в частности, Wing может раскрашивать не так, как вы видите в этом тексте, это не страшно.

После этого запустите программу, нажав на кнопку с зеленым треугольничком—стрелочкой на панели инструментов над текстом программы. Результат выполнения программы появляется в правой нижней части экрана, в панели «Python Shell» А именно, там вы можете увидеть один из двух возможных результатов, показанных на двух рисунках ниже.

Если там появилась надпись «Test 4»:

значит, все хорошо, программа успешно выполнилась.

Если же там появился длинный текст со словами «Traceback» (в начале) и «Error» (в конце):

значит, в вашей программе есть ошибки. Подробнее про ошибки ниже (раздел Ошибки в программе ), а пока, если вы увидели ошибку, то просто внимательно проверьте, не ошиблись ли вы где-нибудь в наборе программы.

Позапускайте программу (зеленой стрелочкой) ещё несколько раз и посмотрите на результаты. Вы увидите что, Wing IDE каждый раз печатает строку evaluate. перед запуском программы, потом программа печатает свою строку. Вывод программы перемешивается с выводом Wing IDE — ничего страшного, это нормально.

Можно также запускать программу нажатием на кнопку с картинкой типа красного жучка. Это немного другой режим запуска, более удобный для поиска ошибок. Попробуйте позапускать и так, и так, посмотрите на отличия (основное отличие пока — при запуске через «красного жучка» вывод предыдущих программ затирается).

2.1.6. Ошибки в программе¶

В вашей программе могут быть серьёзные ошибки — такие, что питон «не понимает», что вы от него хотите (а могут быть и не столь серьёзные — программа отработает как бы нормально, но выдаст неверный результат). В случае таких серьезных ошибок питон выдаст сообщение, похожее на сообщение, показанное на рисунке выше. Оно обычно начинается со слова Traceback, а ближе к концу в нем есть слово Error.

С ошибками удобнее разбираться, запуская программу в режиме «красного жучка». В таком случае Wing IDE подсвечивает строку около ошибки красным, а подробную информацию пишет в особом окошке справа.

А пока посмотрите внимательно на строчку с ошибкой (при запуске через жучка питон подсвечивает ее красным, при запуске через стрелочку — только пишет номер строки), и на строчки рядом — и попробуйте понять, что там не так. В примере на рисунке я забыл вторую цифру 2 (в результате чего питону стало непонятно, на что надо умножать). (В примере на рисунке я запускал программу через зеленую стрелочку, а не через «красного жучка», поэтому там нет подсвеченной красным строки.)

Имейте в виду, что питон не телепат и не может точно определить, где вы допустили ошибку. Он подсвечивает красным ту строку, где текст программы впервые разошёлся с правилами языка. Поэтому бывает, что на самом деле ваша ошибка чуть выше, чем подсвеченная строка (а иногда — и намного выше). Но тем не менее место, которое выделил питон, обычно бывает полезно при поиске ошибки.

Попробуйте в своей программе поделать разные ошибки и посмотрите, как на них отреагирует питон.

2.1.7. Как работает эта программа¶

Давайте разберём, как эта программа работает. Напомню её текст:

Вообще, любая программа — это, в первую очередь, последовательность команд, которые программист даёт компьютеру, а компьютер будет последовательно их выполнять.

Команда print разделяет выводимые элементы пробелами, поэтому между Test и 4 выведен пробел.

2.1.8. Использование питона как калькулятора¶

В выражениях можно использовать следующие операторы:

Кроме того, есть так называемые функции:

В одной программе можно вычислять несколько выражений. Например, программа

вычисляет три выражения. Первая команда print выводит на экран две четвёрки, разделённых пробелом. Вторая команда просто выводит одно число 9. Оно будет выведено на отдельной строке, т.к. каждая команда print выводит одну строку. Обратите еще раз внимание, что аргументы команды разделяются запятыми.

Можно также, как мы видели раньше, смешивать текст (в кавычках) и выражения:

2.1.9. Простейший ввод и вывод. Переменные¶

Но не очень интересно писать программы, которые всегда выводят одно и то же. Хочется, чтобы программа что-нибудь запрашивала у пользователя, и работала с учётом того, что пользователь ввёл. Давайте, например, напишем программу, которая будет спрашивать у пользователя два числа и выводить на экран их сумму.

Но для этого нам придётся научиться ещё одной важной вещи. Когда пользователь вводит два числа, программе надо их как-то запомнить, чтобы потом сложить между собой и результат вывести на экран. Для этого у компьютера есть память (оперативная память). Программа может использовать эту память и положить туда числа, введённые пользователем. А потом посмотреть, что там лежит, сложить эти два числа, и вывести на экран.

Во многих языках, чтобы использовать память, надо особо попросить компьютер об этом. В питоне другой подход: питон достаточно умен, чтобы самому догадаться, что вам нужна память. Давайте напишем следующую программу:

Если вы запустите программу «красным жучком», то все будет аналогично, только текст вам надо будет вводить в пустом окошке «Debug I/O», которое появится на месте окошка «Python Shell».

Теперь разберем, как эта программа работает.

В программе можно заводить несколько переменных. Простейший вариант может выглядеть так:

Эта программа считывает две строки, которые вводит пользователь, и выводит их, причем сначала вторую, а потом первую.

Но мы хотели написать программу, которая выводит сумму двух чисел. Простой подход тут не сработает:

сделает вовсе не то, что вы могли ожидать: питон пока считает, что в a и b могут лежать какие угодно строки, и не понимает, что вы имели в виду числа.

Чтобы объяснить, что вы имеете в виду числа, надо написать так:

Запустите эту программу. В окошке ввода наберите какое-нибудь число, нажмите Enter, наберите второе число и еще раз нажмите Enter. Вы увидете, что программа вывела их сумму.

Чтобы вводить числа через пробел, надо использовать другую конструкцию:

Это пока магия, ее придется запомнить наизусть. Потом вы поймете, что здесь что значит. Обратите внимание, что после слова int тут нет скобок, а вот после input и split есть.

Так можно вводить сколько угодно чисел; например, чтобы считать четыре числа, вводимые в одной строке, надо написать

2.1.10. Присваивания¶

Пока мы умеем записывать в переменные только то, что пользователь ввел с клавиатуры. На самом деле, намного чаще приходится записывать в переменные значения, которые программа сама вычисляет. Для этого есть специальная команда, которая называется присваивание (и на самом деле мы ее уже видели):

обозначает «в переменную a записать 10».

Если в переменной уже было что-то записано, то после присваивания старое значение затирается:

в результате в a лежит 30, а про 20 все забыли.

Особый интересный вариант — справа можно упоминать ту же переменную, которая стоит слева — тогда будет использоваться ее предыдущее значение:

обозначает «в a записать 10, а в b — 20».

Запись a = 10 читается «переменной a присвоить 10», или кратко « a присвоить 10». Не надо говорить « a равно 10», т.к. «равно» — это не глагол, и не понятно, какое действие совершается. Более того, если запись a = a + 1 прочитать с «равно», то получается « a равно a плюс один», что никак не похоже на команду, а скорее на уравнение, которое не имеет решений. Поэтому говорите «присвоить», а не «равно».

2.1.11. Комментарии¶

(Эта информация вам прямо сейчас не нужна, но будет полезна при чтении дальнейших разделов.)

В программе можно оставлять так называемые комментарии. А именно, если где-то в программе встречается символ «решетка» ( # ), то этот символ и все, что идет за ним до конца строки, полностью игнорируется питоном. Таким образом можно в программе оставлять пометки для себя, или для других программистов, которые будут читать вашу программу. Например

Здесь запись # считали число полностью игнорируется питоном, как будто этих символов нет вообще, а запись a = int(input()) работает как и должна.

В частности, решетка может стоять в начале строки, тогда вся эта строка будет игнорироваться:

Питону совершенно не важно, где и как вы оставляете комментарии, вы их оставляете только для себя, или для других людей, которые будут читать вашу программу. В простейших программах комментарии не нужны, и вам поначалу они не понадобятся, но я буду их использовать в дальнейших разделах этого курса, чтобы пояснять фрагменты кода.

2.1.12. Язык программирования как конструктор¶

Выше я рассказал ряд самых основных конструкций языка питон. Теперь ваша задача будет из этих конструкций, как из конструктора, собирать программы. Относитесь к этому именно как к конструктору: все программирование — это сборка больших программ из таких отдельных команд.

2.1.13. Что дальше? ¶

(Естественно, это раздел только для учеников моего курса.)

Во-первых, если вы еще этого не сделали, прочитайте на страничке курса все тексты в «шапке» курса, особенно раздел «Работа с сайтом…», после чего начинайте решать «Задачи на арифметические операторы». И двигайтесь дальше.