ما هي معالجة الاستثناءات (Exception Handling)؟

البرنامج الذي يسأل الناس عن أعمارهم سيتلقى عاجلًا أو آجلًا "twenty" بدل 20. تحويل ذلك النص خطأ وقت تشغيل: int("twenty") ترفع ValueError، وإن لم تكن هناك خطة لذلك يتوقف البرنامج. معالجة الاستثناءات هي تلك الخطة. تحدد الكود الذي قد يفشل، وتكتب الكود الذي يُنفَّذ إن فشل.

answers = ["34", "twenty", "19"]

for text in answers:
    try:
        age = int(text)
        print("Next year you will be", age + 1)
    except ValueError:
        print("Not a number:", text)

print("Done")

Next year you will be 35
Not a number: twenty
Next year you will be 20
Done

يُبلَّغ عن الإجابة الخاطئة، وتتابع الحلقة مع الإجابة التالية. لولا try لطبع البرنامج سطرًا واحدًا ثم traceback.

كيف تعمل معالجة الاستثناءات

1. يُنفَّذ الكود داخل try بشكل عادي.
2. تفشل عملية ما، فترفع بيئة التشغيل استثناءً: كائنًا له نوع (ValueError) ورسالة (invalid literal for int() with base 10: 'twenty').
3. تتوقف كتلة try عند ذلك السطر. تُتخطى أسطرها المتبقية، ولهذا لا تُطبع عبارة "Next year you will be" مع "twenty".
4. تقارن بيئة التشغيل نوع الاستثناء بكل عبارة except من الأعلى إلى الأسفل، وتنفّذ أول عبارة تطابقه.
5. بعد انتهاء المعالج، يتابع البرنامج من أول سطر بعد عبارة try كاملة.
6. إن لم تطابقه أي عبارة، يغادر الاستثناء الدالة الحالية ويستمر البحث في الدالة التي استدعتها، ثم في الدالة التي استدعت تلك. يسمى هذا فكّ مكدس الاستدعاءات (unwinding). وإن وصل البحث إلى قمة البرنامج دون تطابق، ينتهي البرنامج بـ traceback.

الخطوة 6 تعني أن المعالج لا يلزم أن يكون في الدالة التي وقع فيها الخطأ. هنا يقع الفشل على عمق استدعاءين، والمعالج في الأسفل يلتقطه مع ذلك:

def parse_price(text):
    print("parsing", text)
    return float(text)

def total(prices):
    result = 0
    for p in prices:
        result += parse_price(p)
    return result

try:
    print(total(["4.50", "free", "3.20"]))
except ValueError as error:
    print("Could not add the prices:", error)

parsing 4.50
parsing free
Could not add the prices: could not convert string to float: 'free'

فشلت float("free") داخل parse_price. لم يكن لدى parse_price ولا total معالج، فتُركت الدالتان كلتاهما، ولم يُحلَّل "3.20" أبدًا. هذا هو قرار التصميم الأساسي الذي تمنحك إياه معالجة الاستثناءات: عالج الخطأ حيث تعرف ما يجب فعله حياله، وغالبًا ما يكون ذلك بعيدًا عن موضع وقوعه.

try و except و else و finally

لعبارة try في بايثون جزءان اختياريان آخران. تُنفَّذ else فقط حين تنتهي كتلة try دون استثناء. وتُنفَّذ finally في كل الحالات: بعد النجاح، وبعد استثناء عولج، وحتى حين تعود الدالة من داخل try.

def divide(a, b):
    try:
        result = a / b
    except ZeroDivisionError:
        print("b was zero")
        return None
    else:
        print("no error")
        return result
    finally:
        print("finally runs either way")

print(divide(6, 3))
print(divide(6, 0))

no error
finally runs either way
2.0
b was zero
finally runs either way
None

finally هي مكان التنظيف: إغلاق ملف، أو تحرير قفل، أو إغلاق اتصال بقاعدة البيانات. في بايثون تقوم عبارة with بهذا التنظيف للملفات تلقائيًا، وهي الخيار المعتاد لها.

رفع استثناءاتك الخاصة

الاستثناءات ليست فقط للأخطاء التي تكتشفها اللغة. عندما تتلقى دالتك مدخلًا لا تستطيع العمل به، يمكنها رفع استثناء لترفضه، ويقرر من استدعاها ما يحدث بعد ذلك. وتعريف صنف استثناء صغير يعطي الخطأ اسمًا يصفه.

class InsufficientFunds(Exception):
    pass

def withdraw(balance, amount):
    if amount > balance:
        raise InsufficientFunds(f"cannot take {amount}, balance is {balance}")
    return balance - amount

print(withdraw(100, 30))

try:
    withdraw(100, 250)
except InsufficientFunds as error:
    print("Refused:", error)

70
Refused: cannot take 250, balance is 100

تستخدم بايثون raise. وتستخدم جافا و C++ وجافا سكريبت throw للغرض نفسه.

معالجة الاستثناءات في لغات أخرى

مثال التحليل نفسه في جافا يبدو هكذا:

try {
    int age = Integer.parseInt("twenty");
    System.out.println(age + 1);
} catch (NumberFormatException e) {
    System.out.println("Not a number: " + e.getMessage());
} finally {
    System.out.println("done");
}

تقسم جافا الاستثناءات إلى مجموعتين. الاستثناءات المُتحقَّق منها (checked)، مثل IOException، تصف مشاكل خارج سيطرة البرنامج، ويرفض المترجم بناء كود لا يلتقطها ولا يُعلنها. أما الاستثناءات غير المُتحقَّق منها (unchecked)، وهي الأصناف الفرعية من RuntimeException مثل NullPointerException، فتعني عادةً وجود خلل برمجي، ولا يُلزمك المترجم بمعالجتها.

أخطاء شائعة

• التقاط كل شيء. عبارة except: المجردة في بايثون تلتقط أيضًا KeyboardInterrupt، فيتوقف Ctrl+C عن العمل، وexcept Exception: تلتقط أخطاء برمجية لم تخطط لها قط. التقط النوع المحدد الذي تعرف كيف تعالجه.
• ابتلاع الخطأ. except ValueError: pass تُخفي المشكلة. اطبع ما حدث أو سجّله على الأقل.
• كتلة try كبيرة جدًا. غلّف فقط الأسطر التي قد ترفع الاستثناء الذي تلتقطه، حتى لا يُعالَج خطأ لا علاقة له عن طريق الخطأ.
• التقاط الأخطاء البرمجية بدل إصلاحها. خطأ IndexError من حلقة تتقدم خطوة زائدة هو خلل في الكود. ومعالجته تُبقي الكود الخاطئ حيًا.
• توقُّع أن تمنع catch تعطل برنامج C أو C++. خطأ التجزئة إشارة من نظام التشغيل وليس استثناءً، وفي لينكس و macOS لا تراه أبدًا عبارة catch (...) في C++.

إلى أين بعد ذلك

الأخطاء التي تستجيب لها معالجة الاستثناءات موصوفة في صفحة خطأ وقت التشغيل، والتعطل الذي لا تستطيع التقاطه في صفحة خطأ التجزئة. وللصياغة الكاملة، اقرأ أدلة الاستثناءات في بايثون وtry و catch في جافا والاستثناءات في C++ وtry و catch في جافا سكريبت. وتتدرب عليها دورة جافا ودورة بايثون كلتاهما بتمارين حقيقية.