Python异常类型介绍

在Python中，我们可以 raise 的 Error（更准确地说是 Exception，异常）类型非常丰富，它们构成了一个清晰的类层次结构。了解这些类型及其用途，对于编写健壮、可读性强的代码至关重要。

NotImplementedError 是一个非常好的例子，它代表了一种特定的"设计意图"，而不仅仅是运行时错误。

下面我将为您详细介绍Python中可以 raise 的主要异常类型，并按照它们的逻辑关系和用途进行分类。

一、异常的基本层次结构

所有Python的内置异常都继承自 BaseException 类。这个层次结构非常重要：

复制代码

BaseException
 ├── SystemExit
 ├── KeyboardInterrupt
 └── Exception  <-- 绝大多数异常都继承自这里
      ├── StopIteration
      ├── ArithmeticError
      │    ├── ZeroDivisionError
      │    └── OverflowError
      ├── AssertionError
      ├── AttributeError
      ├── ImportError
      │    └── ModuleNotFoundError
      ├── LookupError
      │    ├── IndexError
      │    └── KeyError
      ├── NameError
      ├── OSError
      │    ├── FileNotFoundError
      │    └── PermissionError
      ├── RuntimeError
      │    └── NotImplementedError  <-- 你提到的在这里
      ├── TypeError
      ├── ValueError
      └── ...等等

一条黄金法则： 在你的 try...except 语句中，通常应该捕获 Exception 或其子类，而不是 BaseException 。因为 SystemExit 和 KeyboardInterrupt 不被认为是程序"错误"，捕获它们会阻止程序正常退出或响应用户中断（Ctrl+C）。

二、主要异常类型详解

我将它们分为几类，以便更好地理解它们的用途。

类别1：最常见的运行时错误

这些是你在日常编程中遇到最多的错误。

ValueError
- 何时使用 ：当一个函数的参数类型正确，但其值不合适时。
- 示例：int('abc')。字符串 'abc' 是一个 str 类型，int() 可以接受 str，但 'abc' 这个值无法被转换成整数。
TypeError
- 何时使用：当对一个对象执行了其类型不支持的操作时。
- 示例：'hello' + 5。你不能将一个字符串和一个整数相加。
NameError
- 何时使用：当尝试使用一个未被定义的变量名时。
- 示例：print(my_undefined_variable)。
IndexError
- 何时使用：当试图访问序列（如列表、元组）中一个不存在的索引时。
- 示例：my_list = [1, 2, 3]; print(my_list[5])。
KeyError
- 何时使用：当试图访问字典中一个不存在的键时。
- 示例：my_dict = {'a': 1}; print(my_dict['b'])。
AttributeError
- 何时使用：当试图访问或赋值一个对象不存在的属性或方法时。
- 示例：my_int = 5; my_int.append(6)。整数没有 append 方法。

类别2：用于程序设计和逻辑控制的异常

这类异常通常由程序员主动 raise，以表明某种设计上的约定或状态。

NotImplementedError (继承自 RuntimeError)

何时使用：在父类（尤其是抽象基类）中定义一个方法，并强制要求所有子类必须重写（实现）这个方法。它清楚地告诉其他开发者："这个功能需要你自己去实现"。

示例：

python 复制代码

class Shape:
    def get_area(self):
        # 任何继承自Shape的子类都必须实现自己的get_area方法
        raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method!")

class Square(Shape):
    def __init__(self, side):
        self.side = side
    
    # 如果不写下面的方法，调用 get_area() 就会报错
    def get_area(self):
        return self.side ** 2

# s = Shape()
# s.get_area()  # 这会立即引发 NotImplementedError
sq = Square(5)
print(sq.get_area()) # 输出 25

AssertionError
- 何时使用 ：当 assert 语句的条件为 False 时被触发。它主要用于内部自检和调试，检查程序在某个点的状态是否符合预期。它不应该用于验证用户输入。
- 示例：
  python 复制代码
```
def process_data(data):
    assert isinstance(data, list), "Input data must be a list"
    # ... 后续处理 ...

process_data("not a list") # 引发 AssertionError: Input data must be a list
```
RuntimeError
- 何时使用 ：当发生一个不属于任何其他明确类别的错误时。它是一个比较通用的错误，通常表示发生了某些意想不到的外部事件。NotImplementedError 就是它的一个子类。

类别3：与外部环境交互的错误

OSError
- 何时使用：当发生系统相关的错误时，例如I/O操作失败。它是一个广泛的基类。
- 它的重要子类包括 ：
  - FileNotFoundError : 试图打开一个不存在的文件。open('non_existent_file.txt')。
  - PermissionError: 试图以没有权限的方式读写文件。例如，试图写入一个只读文件。
  - ConnectionError : 与网络连接相关的问题，如连接被拒绝 (ConnectionRefusedError)。
  - TimeoutError: 一个操作在指定时间内未能完成。

类别4：算术和导入错误

ArithmeticError
- 何时使用：所有数值计算错误的基类。
- 子类包括 ：
  - ZeroDivisionError : 除以零。1 / 0。
  - OverflowError : 计算结果超出了数字类型能表示的最大范围。import math; math.exp(1000)。
ImportError
- 何时使用 ：当 import 语句无法找到或加载模块时。
- ModuleNotFoundError (自 Python 3.6 起)：是 ImportError 的一个子类，更明确地表示模块本身未找到。
- 示例：import some_module_that_does_not_exist。

类别5：语法错误（特殊情况）

SyntaxError
- 何时发生 ：这是你在运行代码之前就会遇到的错误。Python解释器在解析代码时发现语法不正确。你不能在 try...except 块中捕获它，因为它在代码执行前就失败了。
- IndentationError (子类)：最常见的语法错误之一，代码缩进不正确。

三、创建你自己的自定义异常

当内置的异常类型无法精确描述你的应用程序特有的错误时，最佳实践是创建自己的异常类。这能让你的代码更具可读性和可维护性。

自定义异常应该继承自 Exception 或其某个合适的子类。

示例：假设你在开发一个与外部API交互的应用。

python 复制代码

# 1. 创建一个基础的自定义异常类
class MyAppError(Exception):
    """应用程序所有自定义异常的基类。"""
    pass

# 2. 创建更具体的异常类
class APIResponseError(MyAppError):
    """当API返回一个意外的或错误的响应时引发。"""
    def __init__(self, message, status_code):
        super().__init__(message)
        self.status_code = status_code

# 3. 在代码中使用它
def get_user_data(user_id):
    # response = requests.get(f"https://api.example.com/users/{user_id}")
    # 模拟一个失败的响应
    status_code = 500
    if status_code != 200:
        raise APIResponseError(f"Failed to fetch data, API returned {status_code}", status_code)
    # return response.json()

# 4. 捕获它
try:
    get_user_data(123)
except APIResponseError as e:
    print(f"Error communicating with API: {e}")
    print(f"Status code was: {e.status_code}")
except MyAppError as e:
    print(f"An application-specific error occurred: {e}")

总结

使用 内置异常 来表示通用的编程错误（如 ValueError, TypeError）。
使用 NotImplementedError 来定义接口和抽象方法，强制子类实现。
使用 AssertionError 进行内部调试和状态检查。
当内置异常不足以描述你的特定问题域时，创建自定义异常，以提高代码的清晰度和健壮性。