Что такое обработка исключений?

Программа, которая спрашивает у людей возраст, рано или поздно получит «twenty» вместо 20. Преобразование такого текста приводит к ошибке времени выполнения: int("twenty") выбрасывает ValueError, и если на этот случай нет плана, программа останавливается. Обработка исключений и есть такой план. Ты отмечаешь код, который может дать сбой, и пишешь код, который выполнится, если сбой произойдёт.

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

О плохом ответе сообщается, и цикл переходит к следующему. Без try программа вывела бы одну строку, а за ней traceback.

Как работает обработка исключений

1. Код внутри try выполняется как обычно.
2. Операция не удаётся, и среда выполнения выбрасывает исключение: объект с типом (ValueError) и сообщением (invalid literal for int() with base 10: 'twenty').
3. Блок try останавливается на этой строке. Оставшиеся его строки пропускаются, поэтому для «twenty» не выводится «Next year you will be».
4. Среда выполнения сравнивает тип исключения с каждым блоком except сверху вниз и выполняет первый подходящий.
5. Когда обработчик заканчивает работу, программа продолжается с первой строки после всей инструкции try.
6. Если ни один блок не подошёл, исключение покидает текущую функцию, и поиск продолжается в функции, которая её вызвала, затем в той, что вызвала её. Это называется раскруткой стека вызовов. Если поиск доходит до верха программы и ничего не находит, программа завершается с traceback.

Из шага 6 следует, что обработчик не обязан находиться в той функции, где происходит ошибка. Здесь сбой случается на глубине двух вызовов, и обработчик внизу всё равно его перехватывает:

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'

float("free") не сработал внутри parse_price. Ни у parse_price, ни у total обработчика не было, поэтому обе функции были прерваны, и «3.20» так и не разобрано. Это главный выбор, который даёт обработка исключений: обрабатывать ошибку там, где ты знаешь, что с ней делать, а это часто далеко от места, где она произошла.

try, except, else и finally

У инструкции try в Python есть ещё две необязательные части. else выполняется, только если блок try завершился без исключения. finally выполняется в любом случае: после успеха, после обработанного исключения и даже когда функция возвращает значение изнутри 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

В finally помещают освобождение ресурсов: закрытие файла, снятие блокировки, закрытие соединения с базой данных. В Python инструкция with делает это для файлов автоматически, и для них обычно выбирают её.

Как выбрасывать свои исключения

Исключения нужны не только для ошибок, которые обнаруживает сам язык. Когда твоя функция получает входные данные, с которыми не может работать, она может выбросить исключение, чтобы отказаться, а вызывающий код решит, что делать дальше. Небольшой собственный класс исключения даёт ошибке имя, которое её описывает.

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

В Python для этого используется raise. В Java, C++ и JavaScript то же самое делает throw.

Обработка исключений в других языках

Тот же пример с разбором на Java выглядит так:

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");
}

Java делит исключения на две группы. Проверяемые исключения, например IOException, описывают проблемы вне контроля программы, и компилятор отказывается собирать код, который их не перехватывает и не объявляет. Непроверяемые исключения, подклассы RuntimeException, например NullPointerException, обычно означают баг, и компилятор не заставляет их обрабатывать.

Частые ошибки

• Перехват всего подряд. Голый except: в Python перехватывает и KeyboardInterrupt, поэтому Ctrl+C перестаёт работать, а except Exception: ловит баги, которые ты никогда не планировал. Перехватывай конкретный тип, который знаешь, как обработать.
• Проглатывание ошибки. except ValueError: pass прячет проблему. Как минимум выведи или запиши в лог, что пошло не так.
• Слишком большой блок try. Оборачивай только те строки, которые могут выбросить перехватываемое исключение, чтобы посторонняя ошибка не была обработана по случайности.
• Перехват багов вместо исправления. IndexError из цикла, который делает на один шаг больше, это ошибка в коде. Её обработка сохраняет неправильный код в живых.
• Ожидание, что catch предотвратит падение в C или C++. Ошибка сегментации это сигнал операционной системы, а не исключение, и в Linux и macOS catch (...) в C++ её никогда не увидит.

Что читать дальше

Ошибки, на которые реагирует обработка исключений, описаны на странице про ошибку времени выполнения, а падение, которое она перехватить не может, на странице про ошибку сегментации. Полный синтаксис есть в руководствах по исключениям в Python, try и catch в Java, исключениям в C++ и try и catch в JavaScript. В курсе Java и курсе Python они отрабатываются на настоящих упражнениях.