全網最適合入門的物件導向程式設計教程：27 異常捕獲-Python中異常層級與自定義異常類的實現

FreakStudio發表於2024-07-30
物件程式設計Python

全網最適合入門的物件導向程式設計教程：27 類和物件的 Python 實現-Python 中異常層級與自定義異常類的實現

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摘要：

本文主要介紹了在使用 Python 進行物件導向程式設計時，異常的層級和如何使用繼承關係完成自定義自己專案中異常類，並以感測器資料採集為例進行講解。

原文連結：

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文件和程式碼獲取：

可訪問如下連結進行對文件下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

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本文件主要介紹如何使用 Python 進行物件導向程式設計，需要讀者對 Python 語法和微控制器開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 物件導向程式設計的部落格或書籍而言，本文件更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串列埠資料收發、資料處理、動態圖繪製等為應用例項，同時使用 Sourcetrail 程式碼軟體對程式碼進行視覺化閱讀便於讀者理解。

相關示例程式碼獲取連結如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

異常層級

大部分異常都是 Exception 類的子類，但並非所有異常都是。Exception 類本身實際上繼承自 BaseException。事實上，所有異常必須繼承 Base Exception 類或是其子類。

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有兩個關鍵的異常，SystemExit 和 KeyboardInterrupt，它們直接繼承自 BaseException 而不是 Exception：

  • SystemExit 異常在程式自然退出時丟擲，通常是因為我們在程式碼中的某處呼叫了 sys.exit 函式（例如，當使用者選擇了選單選項中的退出，或者是單擊了視窗中的“關閉”按鈕，或者是輸入指令關閉伺服器）。設計這個異常的目的是，在程式最終退出之前完成清理工作，而不需要顯式地處理（因為清理程式碼發生在 finally 語句中）。
  • KeyboardInterrupt 異常常見於命令列程式。當使用者執行依賴於系統的按鍵組合（通常是 Ctrl+C）中斷程式時會丟擲這個異常。這是使用者故意中斷一個正在執行的程式的標準方法，與 SystemExit 類似，應該以結束程式作為對它的響應。同時，與 SystemExit 類似，處理它應該在 finally 塊中完成清理任務。

內建異常的類層級結構如下：

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當我們僅用 except:從句而不新增任何型別的異常時，將會捕獲所有

BaseException 的子類；也就是說將捕獲所有異常，包括上述的兩個特殊的異常物件。如果你想要捕獲所有除了 SystemExit 和 KeyboardInterrupt 之外的其他異常，你應該明確指明捕獲 Exception。更進一步，如果你真的想要捕獲所有異常，我建議你使用 except BaseException:語法而不是 except:。這樣可以告訴其他人你是故意這樣做以處理特殊異常的。

自定義異常類

在通常情況下，當我們需要在特定情境下觸發一個異常時，我們可能會發現並無現成的內建異常物件能夠滿足我們的需求。然而，值得慶幸的是，建立我們自己的異常類是相當簡便的。異常類的命名通常旨在傳達發生了何種錯誤，同時，我們也可以在初始化函式中新增任何所需的引數，以提供更詳細的資訊。

不論是以直接還是間接的方式，異常都應從 Exception 類派生。異常類可以被定義成能做其他類所能做的任何事，但通常應當保持簡單，它往往只提供一些屬性，允許相應的異常處理程式提取有關錯誤的資訊。大多數異常命名都以 “Error” 結尾，類似標準異常的命名。

這裡，我們定義一個 InvalidIDError 表示傳入的感測器 ID 號非法。

同時，在 try 語句塊中，使用者自定義的異常後執行 except 塊語句，變數 e 是用於建立 InvalidIDError 類的例項。示例程式碼如下：

_# 定義一個ID號非法的異常_
class InvalidIDError(Exception):
    pass

class SensorClass(SerialClass):
    _# 類變數：_
    _#   RESPOND_MODE -響應模式-0_
    _#   LOOP_MODE    -迴圈模式-1_
    RESPOND_MODE,LOOP_MODE = (0,1)
    _# 類變數：_
    _#   START_CMD       - 開啟命令      -0_
    _#   STOP_CMD        - 關閉命令      -1_
    _#   SENDID_CMD      - 傳送ID命令    -2_
    _#   SENDVALUE_CMD   - 傳送資料命令   -3_
    START_CMD,STOP_CMD,SENDID_CMD,SENDVALUE_CMD = (0,1,2,3)

    _# 類的初始化_
    def __init__(self,port:str = "COM11",id:int = 0,state:int = RESPOND_MODE):
        try:
            _# 判斷輸入埠號是否為str型別_
            if type(port) is not str:
                raise TypeError("InvalidPortError:",port)
            _# 判斷ID號是否在0~99之間_
            if id <= 0 or id >= 99:
                _# 觸發異常後，後面的程式碼就不會再執行_
                _# 當傳遞給函式或方法的引數型別不正確或者引數的值不合法時，會引發此異常。_
                raise InvalidIDError("InvalidIDError:",id)
            _# 呼叫父類的初始化方法，super() 函式將父類和子類連線_
            super().__init__(port)
            self.sensorvalue = 0
            self.sensorid    = id
            self.sensorstate = state
            print("Sensor Init")
            logging.info("Sensor Init")
        except TypeError:
            _# 當發生異常時，輸出如下語句，提醒使用者重新輸入埠號_
            print("Input error com, Please try new com number")
        except InvalidIDError as e:
            _# 當發生異常時，輸出如下語句，提醒使用者重新輸入ID號_
            print("Input error ID, Please try id : 0~99")
            print(e.args)

執行程式碼結果如下：

image

對於 InvalidIDError 類而言，我們可以給異常傳入任意數量的引數，通常用一個字串資訊，但是任何可能用於後面異常處理的物件都是可以的。

Exception.__init__方法設計成接收任意引數並將它們作為元組儲存在一個名為 args 的屬性中。這使得我們可以更容易地定義新的異常，而不需要重寫 init 方法。

當然，如需自定義初始化函式，這是完全可行的做法，我們可以這麼做。

舉個例子，在接收感測器資料中，有時感測器資料會離實際資料偏差過大。我們在 MasterClass 主機類的 RecvSensorValue 接收感測器資料方法中，可以設計一個 InvalidSensorValueError 異常類，在該異常類的初始化函式中接收當前獲取的感測器數值和設定的感測器資料閾值為引數。此外，它還有一個方法用於計算這次感測器數值與設定閾值間差值的方法。示例程式碼如下：

_# 表示感測器資料過高的異常_
class InvalidSensorValueError(Exception):
    def __init__(self,recvvalue,setvalue):
        super().__init__("Receive Sensor Value is too high")
        self.recvvalue = recvvalue
        self.setvalue = setvalue
    _# 計算接收資料和設定資料的誤差值_
    def cal_offset(self):
        offset = self.setvalue - self.recvvalue
        return offset

class MasterClass(SerialClass,PlotClass):
    ...
    _# 接收感測器資料_
    def RecvSensorValue(self):

        try:
            _# 設定的閾值_
            setvalue = 99
            data = super().ReadSerial()

            _# 如果接收的感測器資料大於閾值_
            if data >= setvalue:
                raise InvalidSensorValueError(data,setvalue)

            print("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
            logging.info("MASTER RECIEVE DATA : " + str(data))
            self.valuequeue.put(data)
        except InvalidSensorValueError as e:
            print("invalid sensor value",e.args)
            print("value offset is : ",e.cal_offset())
        return data 
    ...
if __name__ == "__main__":
    _# 建立主機類_
    m = MasterClass()
    m.StartMaster()
    m.RecvSensorValue()

執行程式碼，結果如下：

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有許多原因值得我們考慮如何定義自己的異常。這樣做有助於向異常中新增資訊或以其他形式記錄日誌。然而，自定義異常的真正優勢在於，它們能夠建立出供他人使用的框架、庫或 API。在此過程中，我們必須注意確保我們編寫的程式碼所丟擲的異常對於客戶端程式設計師來說是合理的。他們應該能夠輕鬆地處理這些異常，並清楚地描述當前的情況。同時，客戶端程式設計師應能輕鬆地看出如何修復這些錯誤（如果這導致他們的程式碼中出現錯誤）或者處理這些異常（如果是他們需要了解的情況）。這不僅要求我們確保異常處理的清晰度和一致性，同時也需考慮到程式的整體可讀性和維護性。

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