Ошибка во время выполнения программы python
П рограмма, написанная на языке Python, останавливается сразу как обнаружит ошибку. Ошибки могут быть (как минимум) двух типов:
- Синтаксические ошибки — возникают, когда написанное выражение не соответствует правилам языка (например, написана лишняя скобка);
- Исключения — возникают во время выполнения программы (например, при делении на ноль).
Как устроен механизм исключений
В Python есть встроенные исключения, которые появляются после того как приложение находит ошибку. В этом случае текущий процесс временно приостанавливается и передает ошибку на уровень вверх до тех пор, пока она не будет обработано. Если ошибка не будет обработана, программа прекратит свою работу (а в консоли мы увидим Traceback с подробным описанием ошибки).
💁♂️ Пример : напишем скрипт, в котором функция ожидает число, а мы передаём сроку (это вызовет исключение "TypeError"):
В данном примере мы запускаем файл " test.py " (через консоль). Вызывается функция " a ", внутри которой вызывается функция " b ". Все работает хорошо до сточки print(value + 1) . Тут интерпретатор понимает, что нельзя конкатенировать строку с числом, останавливает выполнение программы и вызывает исключение "TypeError".
Далее ошибка передается по цепочке в обратном направлении: " b " → " a " → " test.py ". Так как в данном примере мы не позаботились обработать эту ошибку, вся информация по ошибке отобразится в консоли в виде Traceback.
Traceback (трассировка) — это отчёт, содержащий вызовы функций, выполненные в определенный момент. Трассировка помогает узнать, что пошло не так и в каком месте это произошло.
Traceback лучше читать снизу вверх ↑
В нашем примере Traceback содержится следующую информацию (читаем снизу вверх):
- TypeError — тип ошибки (означает, что операция не может быть выполнена с переменной этого типа);
- can only concatenate str (not "int") to str — подробное описание ошибки (конкатенировать можно только строку со строкой);
- Стек вызова функций (1-я линия — место, 2-я линия — код). В нашем примере видно, что в файле "test.py" на 11-й линии был вызов функции "a" со строковым аргументом "10". Далее был вызов функции "b". print(value + 1) это последнее, что было выполнено — тут и произошла ошибка.
- most recent call last — означает, что самый последний вызов будет отображаться последним в стеке (в нашем примере последним выполнился print(value + 1) ).
В Python ошибку можно перехватить, обработать, и продолжить выполнение программы — для этого используется конструкция try . except . .
Как обрабатывать исключения в Python (try except)
В Python исключения обрабатываются с помощью блоков try/except . Для этого операция, которая может вызвать исключение, помещается внутрь блока try . А код, который должен быть выполнен при возникновении ошибки, находиться внутри except .
Например, вот как можно обработать ошибку деления на ноль:
try: a = 7 / 0 except: print('Ошибка! Деление на 0')
💭 PEP 8 рекомендует, по возможности, указывать конкретный тип исключения после ключевого слова except (чтобы перехватывать и обрабатывать конкретные исключения):
try: a = 7 / 0 except ZeroDivisionError: print('Ошибка! Деление на 0')
Однако если вы хотите перехватывать все исключения, которые сигнализируют об ошибках программы, используйте тип исключения Exception :
try: a = 7 / 0 except Exception: print('Любая ошибка!')
As — сохраняет ошибку в переменную
Перехваченная ошибка представляет собой объект класса, унаследованного от "BaseException". С помощью ключевого слова as можно записать этот объект в переменную, чтобы обратиться к нему внутри блока except :
try: file = open('ok123.txt', 'r') except FileNotFoundError as e: print(e) > [Errno 2] No such file or directory: 'ok123.txt'
В примере выше мы обращаемся к объекту класса "FileNotFoundError" (при выводе на экран через print отобразится строка с полным описанием ошибки).
У каждого объекта есть поля, к которым можно обращаться (например если нужно логировать ошибку в собственном формате):
import datetime now = datetime.datetime.now().strftime("%d-%m-%Y %H:%M:%S") try: file = open('ok123.txt', 'r') except FileNotFoundError as e: print(f" [FileNotFoundError]: , filename: ") > 20-11-2021 18:42:01 [FileNotFoundError]: No such file or directory, filename: ok123.txt
Finally — выполняется всегда
При обработке исключений можно после блока try использовать блок finally . Он похож на блок except , но команды, написанные внутри него, выполняются обязательно. Если в блоке try не возникнет исключения, то блок finally выполнится так же, как и при наличии ошибки, и программа возобновит свою работу.
Обычно try/except используется для перехвата исключений и восстановления нормальной работы приложения, а try/finally для того, чтобы гарантировать выполнение определенных действий (например, для закрытия внешних ресурсов, таких как ранее открытые файлы).
В следующем примере откроем файл и обратимся к несуществующей строке:
file = open('ok.txt', 'r') try: lines = file.readlines() print(lines[5]) finally: file.close() if file.closed: print("файл закрыт!") > файл закрыт! > Traceback (most recent call last): > File "test.py", line 5, in > print(lines[5]) > IndexError: list index out of range
Даже после исключения "IndexError", сработал код в секции finally , который закрыл файл.
p.s. данный пример создан для демонстрации, в реальном проекте для работы с файлами лучше использовать менеджер контекста with.
Также можно использовать одновременно три блока try/except/finally . В этом случае:
- в try — код, который может вызвать исключения;
- в except — код, который должен выполниться при возникновении исключения;
- в finally — код, который должен выполниться в любом случае.
Else — выполняется когда исключение не было вызвано
Иногда нужно выполнить определенные действия, когда код внутри блока try не вызвал исключения. Для этого используется блок else .
Допустим нужно вывести результат деления двух чисел и обработать исключения в случае попытки деления на ноль:
b = int(input('b = ')) c = int(input('c = ')) try: a = b / c except ZeroDivisionError: print('Ошибка! Деление на 0') else: print(f"a = ") > b = 10 > c = 1 > a = 10.0
Несколько блоков except
В программе может возникнуть несколько исключений, например:
- Ошибка преобразования введенных значений к типу float ("ValueError");
- Деление на ноль ("ZeroDivisionError").
В Python, чтобы по-разному обрабатывать разные типы ошибок, создают несколько блоков except :
try: b = float(input('b = ')) c = float(input('c = ')) a = b / c except ZeroDivisionError: print('Ошибка! Деление на 0') except ValueError: print('Число введено неверно') else: print(f"a = ") > b = 10 > c = 0 > Ошибка! Деление на 0 > b = 10 > c = питон > Число введено неверно
Теперь для разных типов ошибок есть свой обработчик.
Несколько типов исключений в одном блоке except
try: b = float(input('b = ')) c = float(input('c = ')) a = b / c except (ZeroDivisionError, ValueError) as er: print(er) else: print('a = ', a)
При этом переменной er присваивается объект того исключения, которое было вызвано. В результате на экран выводятся сведения о конкретной ошибке.
Raise — самостоятельный вызов исключений
Исключения можно генерировать самостоятельно — для этого нужно запустить оператор raise .
min = 100 if min > 10: raise Exception('min must be less than 10') > Traceback (most recent call last): > File "test.py", line 3, in > raise Exception('min value must be less than 10') > Exception: min must be less than 10
min = 100 try: if min > 10: raise Exception('min must be less than 10') except Exception: print('Моя ошибка') > Моя ошибка
Кроме того, ошибку можно обработать в блоке except и пробросить дальше (вверх по стеку) с помощью raise :
min = 100 try: if min > 10: raise Exception('min must be less than 10') except Exception: print('Моя ошибка') raise > Моя ошибка > Traceback (most recent call last): > File "test.py", line 5, in > raise Exception('min must be less than 10') > Exception: min must be less than 10
Как пропустить ошибку
Иногда ошибку обрабатывать не нужно. В этом случае ее можно пропустить с помощью pass :
try: a = 7 / 0 except ZeroDivisionError: pass
Исключения в lambda функциях
Обрабатывать исключения внутри lambda функций нельзя (так как lambda записывается в виде одного выражения). В этом случае нужно использовать именованную функцию.
20 типов встроенных исключений в Python
Иерархия классов для встроенных исключений в Python выглядит так:
BaseException SystemExit KeyboardInterrupt GeneratorExit Exception ArithmeticError AssertionError . . . ValueError Warning
Все исключения в Python наследуются от базового BaseException :
- SystemExit — системное исключение, вызываемое функцией sys.exit() во время выхода из приложения;
- KeyboardInterrupt — возникает при завершении программы пользователем (чаще всего при нажатии клавиш Ctrl+C);
- GeneratorExit — вызывается методом close объекта generator ;
- Exception — исключения, которые можно и нужно обрабатывать (предыдущие были системными и их трогать не рекомендуется).
От Exception наследуются:
1 StopIteration — вызывается функцией next в том случае если в итераторе закончились элементы;
2 ArithmeticError — ошибки, возникающие при вычислении, бывают следующие типы:
- FloatingPointError — ошибки при выполнении вычислений с плавающей точкой (встречаются редко);
- OverflowError — результат вычислений большой для текущего представления (не появляется при операциях с целыми числами, но может появиться в некоторых других случаях);
- ZeroDivisionError — возникает при попытке деления на ноль.
3 AssertionError — выражение, используемое в функции assert неверно;
4 AttributeError — у объекта отсутствует нужный атрибут;
5 BufferError — операция, для выполнения которой требуется буфер, не выполнена;
6 EOFError — ошибка чтения из файла;
7 ImportError — ошибка импортирования модуля;
8 LookupError — неверный индекс, делится на два типа:
- IndexError — индекс выходит за пределы диапазона элементов;
- KeyError — индекс отсутствует (для словарей, множеств и подобных объектов);
9 MemoryError — память переполнена;
10 NameError — отсутствует переменная с данным именем;
11 OSError — исключения, генерируемые операционной системой:
- ChildProcessError — ошибки, связанные с выполнением дочернего процесса;
- ConnectionError — исключения связанные с подключениями (BrokenPipeError, ConnectionResetError, ConnectionRefusedError, ConnectionAbortedError);
- FileExistsError — возникает при попытке создания уже существующего файла или директории;
- FileNotFoundError — генерируется при попытке обращения к несуществующему файлу;
- InterruptedError — возникает в том случае если системный вызов был прерван внешним сигналом;
- IsADirectoryError — программа обращается к файлу, а это директория;
- NotADirectoryError — приложение обращается к директории, а это файл;
- PermissionError — прав доступа недостаточно для выполнения операции;
- ProcessLookupError — процесс, к которому обращается приложение не запущен или отсутствует;
- TimeoutError — время ожидания истекло;
12 ReferenceError — попытка доступа к объекту с помощью слабой ссылки, когда объект не существует;
13 RuntimeError — генерируется в случае, когда исключение не может быть классифицировано или не подпадает под любую другую категорию;
14 NotImplementedError — абстрактные методы класса нуждаются в переопределении;
15 SyntaxError — ошибка синтаксиса;
16 SystemError — сигнализирует о внутренне ошибке;
17 TypeError — операция не может быть выполнена с переменной этого типа;
18 ValueError — возникает когда в функцию передается объект правильного типа, но имеющий некорректное значение;
19 UnicodeError — исключение связанное с кодирование текста в unicode , бывает трех видов:
- UnicodeEncodeError — ошибка кодирования;
- UnicodeDecodeError — ошибка декодирования;
- UnicodeTranslateError — ошибка перевода unicode .
20 Warning — предупреждение, некритическая ошибка.
💭 Посмотреть всю цепочку наследования конкретного типа исключения можно с помощью модуля inspect :
📄 Подробное описание всех классов встроенных исключений в Python смотрите в официальной документации .
Как создать свой тип Exception
В Python можно создавать свои исключения. При этом есть одно обязательное условие: они должны быть потомками класса Exception :
class MyError(Exception): def __init__(self, text): self.txt = text try: raise MyError('Моя ошибка') except MyError as er: print(er) > Моя ошибка
С помощью try/except контролируются и обрабатываются ошибки в приложении. Это особенно актуально для критически важных частей программы, где любые "падения" недопустимы (или могут привести к негативным последствиям). Например, если программа работает как "демон", падение приведет к полной остановке её работы. Или, например, при временном сбое соединения с базой данных, программа также прервёт своё выполнение (хотя можно было отловить ошибку и попробовать соединиться в БД заново).
Вместе с try/except можно использовать дополнительные блоки. Если использовать все блоки описанные в статье, то код будет выглядеть так:
Подробнее о работе с исключениями в Python можно ознакомиться в официальной документации .
Until now error messages haven’t been more than mentioned, but if you have tried out the examples you have probably seen some. There are (at least) two distinguishable kinds of errors: syntax errors and exceptions.
8.1. Syntax Errors¶
Syntax errors, also known as parsing errors, are perhaps the most common kind of complaint you get while you are still learning Python:
The parser repeats the offending line and displays a little ‘arrow’ pointing at the earliest point in the line where the error was detected. The error is caused by (or at least detected at) the token preceding the arrow: in the example, the error is detected at the function print() , since a colon ( ':' ) is missing before it. File name and line number are printed so you know where to look in case the input came from a script.
8.2. Exceptions¶
The last line of the error message indicates what happened. Exceptions come in different types, and the type is printed as part of the message: the types in the example are ZeroDivisionError , NameError and TypeError . The string printed as the exception type is the name of the built-in exception that occurred. This is true for all built-in exceptions, but need not be true for user-defined exceptions (although it is a useful convention). Standard exception names are built-in identifiers (not reserved keywords).
The rest of the line provides detail based on the type of exception and what caused it.
The preceding part of the error message shows the context where the exception occurred, in the form of a stack traceback. In general it contains a stack traceback listing source lines; however, it will not display lines read from standard input.
Built-in Exceptions lists the built-in exceptions and their meanings.
8.3. Handling Exceptions¶
It is possible to write programs that handle selected exceptions. Look at the following example, which asks the user for input until a valid integer has been entered, but allows the user to interrupt the program (using Control - C or whatever the operating system supports); note that a user-generated interruption is signalled by raising the KeyboardInterrupt exception.
The try statement works as follows.
First, the try clause (the statement(s) between the try and except keywords) is executed.
If no exception occurs, the except clause is skipped and execution of the try statement is finished.
If an exception occurs during execution of the try clause, the rest of the clause is skipped. Then, if its type matches the exception named after the except keyword, the except clause is executed, and then execution continues after the try/except block.
If an exception occurs which does not match the exception named in the except clause, it is passed on to outer try statements; if no handler is found, it is an unhandled exception and execution stops with a message as shown above.
A try statement may have more than one except clause, to specify handlers for different exceptions. At most one handler will be executed. Handlers only handle exceptions that occur in the corresponding try clause, not in other handlers of the same try statement. An except clause may name multiple exceptions as a parenthesized tuple, for example:
A class in an except clause is compatible with an exception if it is the same class or a base class thereof (but not the other way around — an except clause listing a derived class is not compatible with a base class). For example, the following code will print B, C, D in that order:
Note that if the except clauses were reversed (with except B first), it would have printed B, B, B — the first matching except clause is triggered.
All exceptions inherit from BaseException , and so it can be used to serve as a wildcard. Use this with extreme caution, since it is easy to mask a real programming error in this way! It can also be used to print an error message and then re-raise the exception (allowing a caller to handle the exception as well):
Alternatively the last except clause may omit the exception name(s), however the exception value must then be retrieved from sys.exc_info()[1] .
The try … except statement has an optional else clause, which, when present, must follow all except clauses. It is useful for code that must be executed if the try clause does not raise an exception. For example:
The use of the else clause is better than adding additional code to the try clause because it avoids accidentally catching an exception that wasn’t raised by the code being protected by the try … except statement.
When an exception occurs, it may have an associated value, also known as the exception’s argument. The presence and type of the argument depend on the exception type.
The except clause may specify a variable after the exception name. The variable is bound to an exception instance with the arguments stored in instance.args . For convenience, the exception instance defines __str__() so the arguments can be printed directly without having to reference .args . One may also instantiate an exception first before raising it and add any attributes to it as desired.
If an exception has arguments, they are printed as the last part (‘detail’) of the message for unhandled exceptions.
Exception handlers don’t just handle exceptions if they occur immediately in the try clause, but also if they occur inside functions that are called (even indirectly) in the try clause. For example:
8.4. Raising Exceptions¶
The raise statement allows the programmer to force a specified exception to occur. For example:
The sole argument to raise indicates the exception to be raised. This must be either an exception instance or an exception class (a class that derives from Exception ). If an exception class is passed, it will be implicitly instantiated by calling its constructor with no arguments:
If you need to determine whether an exception was raised but don’t intend to handle it, a simpler form of the raise statement allows you to re-raise the exception:
8.5. Exception Chaining¶
The raise statement allows an optional from which enables chaining exceptions. For example:
This can be useful when you are transforming exceptions. For example:
Exception chaining happens automatically when an exception is raised inside an except or finally section. This can be disabled by using from None idiom:
For more information about chaining mechanics, see Built-in Exceptions .
8.6. User-defined Exceptions¶
Programs may name their own exceptions by creating a new exception class (see Classes for more about Python classes). Exceptions should typically be derived from the Exception class, either directly or indirectly.
Exception classes can be defined which do anything any other class can do, but are usually kept simple, often only offering a number of attributes that allow information about the error to be extracted by handlers for the exception.
Most exceptions are defined with names that end in “Error”, similar to the naming of the standard exceptions.
Many standard modules define their own exceptions to report errors that may occur in functions they define. More information on classes is presented in chapter Classes .
8.7. Defining Clean-up Actions¶
The try statement has another optional clause which is intended to define clean-up actions that must be executed under all circumstances. For example:
If a finally clause is present, the finally clause will execute as the last task before the try statement completes. The finally clause runs whether or not the try statement produces an exception. The following points discuss more complex cases when an exception occurs:
If an exception occurs during execution of the try clause, the exception may be handled by an except clause. If the exception is not handled by an except clause, the exception is re-raised after the finally clause has been executed.
An exception could occur during execution of an except or else clause. Again, the exception is re-raised after the finally clause has been executed.
If the finally clause executes a break , continue or return statement, exceptions are not re-raised.
If the try statement reaches a break , continue or return statement, the finally clause will execute just prior to the break , continue or return statement’s execution.
If a finally clause includes a return statement, the returned value will be the one from the finally clause’s return statement, not the value from the try clause’s return statement.
A more complicated example:
As you can see, the finally clause is executed in any event. The TypeError raised by dividing two strings is not handled by the except clause and therefore re-raised after the finally clause has been executed.
In real world applications, the finally clause is useful for releasing external resources (such as files or network connections), regardless of whether the use of the resource was successful.
8.8. Predefined Clean-up Actions¶
Some objects define standard clean-up actions to be undertaken when the object is no longer needed, regardless of whether or not the operation using the object succeeded or failed. Look at the following example, which tries to open a file and print its contents to the screen.
The problem with this code is that it leaves the file open for an indeterminate amount of time after this part of the code has finished executing. This is not an issue in simple scripts, but can be a problem for larger applications. The with statement allows objects like files to be used in a way that ensures they are always cleaned up promptly and correctly.
After the statement is executed, the file f is always closed, even if a problem was encountered while processing the lines. Objects which, like files, provide predefined clean-up actions will indicate this in their documentation.
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.
Ошибку нельзя обработать, а исключения Python обрабатываются при выполнении программы. Ошибка может быть синтаксической, но существует и много видов исключений, которые возникают при выполнении и не останавливают программу сразу же. Ошибка может указывать на критические проблемы, которые приложение и не должно перехватывать, а исключения — состояния, которые стоит попробовать перехватить. Ошибки — вид непроверяемых и невозвратимых ошибок, таких как OutOfMemoryError , которые не стоит пытаться обработать.
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:
- Синтаксические
- Недостаточно памяти
- Ошибки рекурсии
- Исключения
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)
Ошибки памяти чаще всего связаны с оперативной памятью компьютера и относятся к структуре данных под названием “Куча” ( heap ). Если есть крупные объекты (или) ссылки на подобные, то с большой долей вероятности возникнет ошибка OutofMemory . Она может появиться по нескольким причинам:
- Использование 32-битной архитектуры Python (максимальный объем выделенной памяти невысокий, между 2 и 4 ГБ);
- Загрузка файла большого размера;
- Запуск модели машинного обучения/глубокого обучения и много другое;
Обработать ошибку памяти можно с помощью обработки исключений — резервного исключения. Оно используется, когда у интерпретатора заканчивается память и он должен немедленно остановить текущее исполнение. В редких случаях Python вызывает OutofMemoryError , позволяя скрипту каким-то образом перехватить самого себя, остановить ошибку памяти и восстановиться.
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.
Чтобы воспроизвести эту ошибку, определим функцию recursion , которая будет рекурсивной — вызывать сама себя в бесконечном цикле. В результате появится ошибка StackOverflow или ошибка рекурсии, потому что стековый кадр будет заполняться данными метода из каждого вызова, но они не будут освобождаться.
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.
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.
- Try : он запускает блок кода, в котором ожидается ошибка.
- Except : здесь определяется тип исключения, который ожидается в блоке try (встроенный или созданный).
- Else : если исключений нет, тогда исполняется этот блок (его можно воспринимать как средство для запуска кода в том случае, если ожидается, что часть кода приведет к исключению).
- Finally : вне зависимости от того, будет ли исключение или нет, этот блок кода исполняется всегда.
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.
В примере ниже если запустить ячейку и прервать ядро, программа вызовет исключение KeyboardInterrupt . Теперь обработаем исключение KeyboardInterrupt .
Стандартные ошибки (StandardError)
Рассмотрим некоторые базовые ошибки в программировании.
Арифметические ошибки (ArithmeticError)
- Ошибка деления на ноль (Zero Division);
- Ошибка переполнения (OverFlow);
- Ошибка плавающей точки (Floating Point);
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.
Рассмотрим пример. Предположим, есть две переменные: a и b . Их нужно сравнить. Чтобы проверить, равны ли они, необходимо использовать ключевое слово assert , что приведет к вызову исключения Assertion в том случае, если выражение будет ложным.
Ошибка атрибута (AttributeError)
При попытке сослаться на несуществующий атрибут программа вернет ошибку атрибута. В следующем примере можно увидеть, что у объекта класса Attributes нет атрибута с именем attribute .
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 индекса ( IndexError );
- Ошибка ключа ( KeyError );
Ошибка ключа
Если ключа, к которому нужно получить доступ, не оказывается в словаре, вызывается исключение KeyError .
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.
В следующем примере переменная ans не определена. Результатом будет ошибка NameError .
Ошибка выполнения (Runtime Error)
Ошибка «NotImplementedError»
Ошибка выполнения служит базовым классом для ошибки NotImplemented . Абстрактные методы определенного пользователем класса вызывают это исключение, когда производные методы перезаписывают оригинальный.
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
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.
Дальше пример, где модуль Python timeit используется для проверки времени исполнения 2 разных инструкций. В stmt1 для обработки ZeroDivisionError используется try-except, а в stmt2 — if . Затем они выполняются 10000 раз с переменной a=0 . Суть в том, чтобы показать разницу во времени исполнения инструкций. Так, stmt1 с обработкой исключений занимает больше времени чем stmt2 , который просто проверяет значение и не делает ничего, если условие не выполнено.
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.
Создание программного обеспечения - сложный процесс, осуществляемый коллективом специалистов (реже - одним человеком), а людям свойственно допускать ошибки (человеческий фактор). В связи с этим, код необходимо писать так, чтобы сводить возможные ошибки к минимуму, а также иметь возможность их эффективно определять, искать и обрабатывать, что является одним из признаков качественного программного обеспечения.
7.1.1. Известные ошибки в ПО¶
История знает множество примеров, где программные ошибки стоили не только огромных денег, но и человеческих жизней 6 7:
7.1.1.1. 1962 г.: ракета Маринер-1¶
Маринер-1 - космический аппарат США для изучения Венеры (Рисунок 7.1.1).
Рисунок 7.1.1 - Ракета Маринер-1 9 ¶
Описание и причина:
Программист сделал ошибку, когда переводил рукописные математические формулы в код. Символ логического отрицания ¬ он принял за минус, и это привело к тому, что ракета воспринимала нормальные скорости как критические и из-за этого сбилась с курса.
Примерный ущерб / потери
Никто не погиб, однако экономические потери составили 18,3 млн. долларов.
7.1.1.2. 1985 г.: аппарат лучевой терапии Therac-25¶
Therac-25 - канадский аппарат лучевой терапии (Рисунок 7.1.2).
Рисунок 7.1.2 - Аппарат лучевой терапии ` Therac-25 10 ¶
Описание и причина:
Неисправность была вызвана тем, что в проекте использовались библиотеки с ошибками, входящие в состав ПО аппарата Therac-20, что и привело к фатальным последствиям. В коде была найдена довольно распространенная ошибка многопоточности, называемое состоянием гонки. Тем не менее ошибку не заметили, так как Therac-20 работал исправно из-за дополнительных (аппаратных) мер предосторожности.
Примерный ущерб / потери
Умерло 2 человека, 4 получили серьезное облучение.
7.1.1.3. 1991 г.: ЗРК Patriot¶
Patriot - американский зенитный ракетный комплекс (Рисунок 7.1.3)
Рисунок 7.1.3 - ЗРК Patriot 11 ¶
Описание и причина:
Во время Войны в Персидском заливе по казармам подразделений США был нанесен ракетный удар иракскими ракетами типа Р-17 (советская баллистическая ракета). Ни одна из ракет не была перехвачена, и удар достиг цели.
В программном обеспечении ЗРК, отвечающем за ведение и перехват цели, присутствовала ошибка, из-за которой со временем внутренние часы постепенно отходили от истинного значения времени: системное время хранилось как целое число в 24-битном регистре с точностью до 0,1 секунды; при итоговом расчете данные переводились в вещественное число.
Проблема заключалась в том, что число \(\cfrac\) не имеет точного представления в двоичной системе счисления:
\(\cfrac_ = 0,0001100110011001100110011001100. _\) ;
\(\cfrac_ = 0,00011001100110011001100_\) (24-битное целое в системе Patriot);
ошибка 1 измерения: ~ \(0,000000095_\) ;
ошибка за 100 часов работы \(0,000000095 \cdot 10 \cdot 60 \cdot 60 \cdot 100 = 0,34\) с.;
ракета Р-17 летит со скоростью 1676 м/c, и проходит за 0,34 с. больше полукилометра.
Данной ошибки в измерениях было достаточно, чтобы ракета преодолела радиус поражения Patriot (Рисунок 7.1.4, Видео 7.1.1).
Рисунок 7.1.4 - Неправильное определение зоны пролета ракеты 12 ¶
Видео 7.1.1 - Демонстрация ошибки ПО Patriot
Примерный ущерб / потери
Погибло 28 американских солдат и еще двести получили ранения.
7.1.1.4. 2000 г.: Проблема 2000 года (Y2K)¶
Описание и причина:
Разработчики программного обеспечения, выпущенного в XX веке, зачастую использовали два знака для представления года в датах: например, 1 января 1961 года представлялось как «01.01.61». При наступлении 1 января 2000 года при двузначном представлении года после 99 наступал 00 год (т.е. 99 + 1 = 00), что интерпретировалось многими старыми программами как 1900 год. Сложность была еще и в том, что многие программы обращались к вычислению дат вперед (например, при составлении плана закупок, планировании даты полета и т.д.) (Рисунок 7.1.5).
Рисунок 7.1.5 - Табло показывает 3 января 1900 года, вместо 3 января 2000 года. Франция 13 ¶
Примерный ущерб / потери
30-300 млрд. долларов.
7.1.1.5. 2009-2011 г.: отзыв автомобилей Toyota¶
Описание и причина:
Неисправность в дроссельной заслонке (регулирует количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания) с электронным контролем (ETC) приводила к случайным ускорениям автомобиля (Видео 7.1.2).
Видео 7.1.2 - Случайное ускорение автомобиля
В ходе десятимесячного расследования специалисты NASA выявили, что программное обеспечение не соответствует стандартам MISRA (англ. Motor Industry Software Reliability Association) и содержит 7134 нарушения. Представители Toyota ответили, что у них свои собственные стандарты.
20 декабря 2010 года Тойота отвергнула обвинения, но выплатила 16 млрд. долларов в досудебном порядке по искам, выпустила обновление ПО для некоторых моделей машин и отозвала 5,5 млн. автомобилей 8 (Рисунок 7.1.6).
Рисунок 7.1.6 - Lexus ES 350 2007-2010 - одна из моделей с неисправностью 14 ¶
Примерный ущерб / потери
Погибло не менее 89 человек, многомиллиардные потери компании.
7.1.2. Определение и разновидности ошибок¶
Ошибка (также баг от англ. Software Bug) - неполадка в программе, из-за которой она ведет себя неопределенно, выдавая неожиданный результат.
Основные категории ошибок:
ошибки времени выполнения;
7.1.2.1. Синтаксические ошибки¶
Несоответствие синтаксису языка программирования. Для компилируемых языков программирования синтаксическая ошибка не позволит выполнить компиляцию.
P ython — интерпретируемый язык программирования. Он не конвертирует свой код в машинный, который понимает железо (в отличие от С и С++). Вместо этого, Python-интерпретатор переводит код программы в байт-код, который запускается на виртуальной машине Python (PVM). Давайте рассмотрим подробнее, как это работает на примере самой популярной реализации интерпретатора — CPython.
Интерпретатор — это программа, которая конвертирует ваши инструкции, написанные на Python, в байт-код и выполняет их. По сути интерпретатор — это программный слой между вашим исходным кодом и железом.
Существует 2 типа интерпретаторов:
- Простой интерпретатор . Он берет одну инструкцию, транслирует и сразу выполняет ее, а затем берет следующую инструкцию.
- Интерпретатор компилирующего типа . Это система из компилятора и интерпретатора. Компилятор переводит исходный код программы в промежуточное представление (байт-код), а интерпретатор (виртуальная машина) выполняет этот байт-код.
- Интерпретатор компилирующего типа (благодаря этому достигается большее быстродействие выполнения программ).
- Считается эталонной реализацией языка Python.
- Написан на C. находится в открытом доступе.
- Его разработка ведётся группой разработчиков под руководством Гвидо ван Россума — создателя Python.
Кроме этого, у интерпретатора CPython есть особенность — он может работать в режиме диалога (REPL — read-eval-print loop). Интерпретатор считывает законченную конструкцию языка, выполняет её, печатает результаты и переходит к ожиданию ввода пользователем следующей конструкции.
Как CPython выполняет программы
Интерпретатор "Питона" выполняет любую программу поэтапно.
Помимо этого, происходит ряд подготовительных процессов:
- анализ аргументов командной строки;
- установка флагов программы;
- чтение переменных среды и т.д.
Интерпретатор транслирует (переводит) исходные инструкции вашей программы в байт-код (низкоуровневое, платформонезависимое представление исходного текста). Такая трансляция необходима в первую очередь для повышения скорости — байт-код выполняется в разы быстрее, чем исходные инструкции.
Если Python-интерпретатор обладает правом записи, он будет сохранять байт-код в виде файла с расширением .pyc . Если исходный текст программы не изменился с момента последней компиляции, при следующем запуске вашей программы, Python сразу загрузит файл .pyc , минуя этап компиляции (тем самым ускорит процесс запуска программы).
PVM является частью Python-интерпретатора. По сути это просто большой цикл, который выполняет перебор инструкций в байт-коде и выполняет соответствующие им операции.
Альтернативы CPython
CPython является стандартной реализацией, но существуют и другие реализации, созданные для специфических целей и задач.
Jython
Основная цель данный реализации — тесная интеграция с языком Java. Работает следующим образом:
- Java-классы выполняют компиляцию программного кода на языке Python в байт-код Java.
- Полученный байт-код запускается на виртуальной машине Java (JVM).
Jython позволить Python-программам управлять Java-приложениями. Во время выполнения такая программа ведет себя точно так же, как настоящая программа на языке Java.
IronPython
PyPy — это интерпретатор Python, написанный на Python (если быть точнее, то на RPython).
Особенностью PyPy является использование трассирующего JIT-компилятора (just-in-time), который на лету транслирует некоторые элементы в машинный код. Благодаря этому, при выполнении некоторых операций PyPy обгоняет CPython в несколько раз. Но плата за такую производительность — более высокое потребление памяти.
Читайте также: