مدیریت خطا در پایتون (استثنا یا Exception)

برخی خطاهای برنامه‌ای که نوشته‌ایم در هنگام اجرا و با توجه به شرایط رخ می‌دهد. اگر ورودی نامناسبی از طرف کاربر وارد شود و یا برنامه نتواند یک فایل را باز کند، با یک نوع خطا که به آن استثنا می‌گوییم مواجه خواهیم شد. در این مقاله با مدیریت خطا در پایتون آشنا شده و در انتهای آن خواهیم توانست انواع استثنا در پایتون را مدیریت کنیم.همان‌طور که می‌دانید در برنامه نویسی خطاهای مختلفی داریم. برخی خطاهای نوشتاری بوده و برخی خطاهای منطقی هستند. یک نوع دیگر از انواع خطا در برنامه نویسی، خطاهایی است که در هنگام اجرای برنامه رخ داده و موجب توقف آن می‌شوند. به این‌گونه خطاها استثنا یا Exception  هم گفته می‌شود.فرض کنید در برنامه خود از کاربر خواسته‌اید تا نمره درس دانشجو را وارد کند. کاربر به جای وارد کردن عدد، از حروف فارسی یا انگلیسی استفاده می‌کند. اگر شما بخواهید روی این مقدار ورودی پردازش‌هایی انجام دهید (جمع، تفریق و تقسیم و …) قطعاً با خطا مواجه می‌شوید.بهتر است در برنامه نویسی همواره سعی کنیم از خطاهایی که ممکن است رخ دهد جلوگیری کنیم. این کار به وسیله مدیریت خطا (مدیریت استثنا یا Exception Handling) انجام خواهد شد. در ادامه پس از بررسی مدیریت خطا در پایتون، به چگونگی مدیریت استثنا در پایتون خواهیم پرداخت.

فهرست محتوای آموزش

• خطا در پایتونo استثنا در پایتون• مدیریت خطا در پایتونo دستور try برای مدیریت استثنا در پایتونo دستور except برای مدیریت خطای رخ دادهo بلوک finally در مدیریت خطای پایتون• مثالی دیگر از مدیریت خطا در پایتونo مدیریت خطای پیشرفته در پایتون• تولید استثنا در پایتون• جمع‌بندی: مدیریت خطا در پایتون

خطا در پایتون

در حالت کلی، پایتون برای مدیریت خطاهای پیش‌بینی نشده در برنامه‌ها دو روش در نظر گرفته است. این دو راه‌حل عبارت‌اند از:

• مدیریت استثنا (Exception Handling): در این روش بخش‌هایی از برنامه که ممکن است باعث ایجاد خطا شود را مدیریت کرده و در صورت بروز خطا، کارهای جایگزین انجام خواهیم داد.
• تست توابع (Assertion): با استفاده از این روش، می‌توان ورودی و خروجی یک تابع یا عملیات را بررسی کنیم. در صورتی که مشکلی در ورودی و خروجی مورد انتظار وجود داشت، تصمیماتی برای ادامه برنامه می‌گیریم.

ما در این مقاله به مورد اول می‌پردازیم. مورد دوم بیشتر برای مواقعی استفاده می‌شود که خروجی یک کار قابل پیش‌بینی است. یعنی ما می‌دانیم خروجی تابع توان دوم، همواره برابر است با ورودی به توان دو! اما در قسمت‌هایی که ممکن است خطا به خاطر اشتباه کاربر یا مشکلاتی سیستمی رخ دهد، با استفاده از مدیریت استثنا در پایتون می‌توان عملکرد بهتری داشت.

استثنا در پایتون

هر خطایی که در حین اجرای کد پایتون رخ می‌هد شامل یک نام بوده و از نوعِ خاصی است. استثناها هم نوعی خطا هستند. در نتیجه همه آن‌ها دارای اسم بوده که می‌تواند به ما در مدیریت بهتر خطاها کمک کند.
فرض کنید یک رشته متنی در اختیار داریم که می‌خواهیم آن را به عدد تبدیل کنیم. برای این کار از تابع ()int استفاده کرده و رشته را به عنوان ورودی به آن می‌دهیم. در صورتی که درون رشته فقط عدد وجود داشته باشد، عملیات با موفقیت انجام شده و خروجی ما یک عدد صحیح خواهد بود.

"num = "2568
print( int(num) )

output: 2568#

اما اگر درون رشته ما علاوه بر عدد، حروف انگلیسی نیز وجود داشته باشد، با خطا مواجه خواهیم شد.

"num = "25kabir68
print( int(num) )

در ابتدای خط آخر خطایی که رخ داد، نوع خطا (استثنا) مشخص شده است. خطای ValueError مواقعی رخ می‌دهد که ورودی تابع اشتباه باشد. در این‌جا ما ورودی نادرستی به تابع ()int دادیم که باعث بروز این خطا شد.

:Traceback (most recent call last)
  File ".\run.py", line 2, in <module>
    print( int(num) )
'ValueError: invalid literal for int() with base 10: '25kabir68

در زبان پایتون خطاها و استثنا‌های مختلفی وجود دارد که می‌توانید تمام آن‌ها را در جدول موجود در این صفحه بررسی کنید. برخی از پر‌تکرار‌ترین استثناها عبارت‌اند از:

مدیریت خطا در پایتون

برای درک بهتر شیوه مدیریت استثنا در پایتون، یک صورت مسئله را در نظر بگیرید.
فرض کنید که می‌خواهیم از کاربر یک ورودی گرفته، آن را به عدد تبدیل کنیم. سپس آن را به توان 2 رسانده و در خروجی چاپ کنیم.
برای این کار، ابتدا با دستور ()input  یک ورودی از کاربر می‌گیریم. همزمان با دریافت ورودی، آن را به عدد تبدیل کرده و درون متغیر num  نگه می‌داریم. در نهایت با استفاده از دستور ()print  و عملگر توان (**) توان دوم عدد را در خروجی چاپ خواهیم کرد.

num = int( input("Please enter the number: ") )
print( num**2 )

اگر قطعه کد بالا را اجرا کرده و عدد 5  را به عنوان ورودی به آن بدهیم، نتیجه دلخواهمان را خواهیم گرفت.

Please enter the number: 5
25

اگر با تابع ()input و ترفندهای آن آشنا نیستید، می‌توانید آموزش گرفتن ورودی از کاربر در پایتون را ببینید.
اما اگر سهواً یا عمداً به جای عدد یک حرف انگلیسی وارد کرده یا ترکیبی از عدد و حروف را به عنوان ورودی به آن بدهیم، با خطای ValueError  مواجه خواهیم شد.

Please enter the number: 7s
:Traceback (most recent call last)
  File ".\run.py", line 1, in <module>
    num = int( input("Please enter the number: ") )
'ValueError: invalid literal for int() with base 10: '7s

در ادامه می‌خواهیم از این خطا در پایتون جلوگیری کنیم. در اصل می‌خواهیم کاری کنیم که با وجود مشکل در ورودی، برنامه متوقف نشود. دو سناریو برای ادامه برنامه داریم:

• سناریو اول: یک پیغام خطا برای کاربر چاپ کرده و برنامه را به پایان برسانیم.
• سناریو دوم: با چاپ پیغام خطا، مجدداً از کاربر ورودی دریافت کرده و فرآیند را تکرار کنیم.

دستور try برای مدیریت استثنا در پایتون

به کمک دستور :try می‌توانیم یک بلوک مدیریتی داشته باشیم. اگر خطایی در این بلوک رخ دهد، برنامه متوقف نشده و به بلوک دیگر (بلوک except) خواهیم رفت.
دستور except برای مدیریت خطای رخ داده
با استفاده از دستور :except یک بلوک ایجاد می‌کنیم. محتوای این بلوک فقط هنگامی اجرا می‌شوند که در بلوک قبلی (یعنی بلوک try) خطایی رخ داده باشد.
این دستور به دو شیوه تعریف می‌شود:

1. حالت کلی
2. حالت مخصوص یک استثنا

حالت کلی دستور except

در این حالت دستور را به صورت :except نوشته و استفاده می‌کنیم. هر گونه خطایی که در بلوک try  رخ دهد، برنامه وارد این بلوک خواهد شد. فرقی ندارد که خطای رخ داده از نوع ValueError  بوده یا خطای مربوط به باز کردن فایل!

حالت خاص مدیریت استثنا با  except

در این حالت، در جلوی کلمه کلیدی except  و قبل از علامت دو نقطه (:) نوع خطا را مشخص می‌کنیم. مثلاً بلوک except  زیر در صورتی اجرا می‌شود که خطای رخ داده در try  از نوع ValueError  باشد.

:except ValueError
    print("Value Error Occurred!")

بلوک finally در مدیریت خطای پایتون

یک بلوک دیگر هم در مدیریت استثنا در پایتون داریم. این بلوک که با کلمه کلیدی finally  مشخص می‌شود، اختیاری بوده و می‌توان از آن در یک بلوک try except  استفاده کرد.
این بلوک، پس از اجرای try  یا except  اجرا خواهد شد. یعنی چه خطا رخ داده باشد و چه نه، محتویات این بلوک اجرا خواهند شد.
یک بلوک مدیریت خطا در پایتون باید حتماً حاوی بخش try  و except  باشد؛ اما بلوک finally  می‌تواند به دلخواه وجود داشته یا نداشته باشد.
برنامه مدیریت شده مثالی که داشتیم، به صورت زیر خواهد شد.

:try
    num = int( input("Please enter the number: ") )
    print( num**2 )
:except ValueError
    print("لطفا در ورودي فقط عدد وارد کنيد!")

اگر بخواهیم از بلوک finally هم استفاده کرده و پایان برنامه را اعلام کنیم، می‌توان کد را به شکل زیر تغییر داد.

:try
    num = int( input("Please enter the number: ") )
    print( num**2 )
:except ValueError
    print("لطفا در ورودي فقط عدد وارد کنيد!")
:finally
    print("Ended!")

اگر این قطعه کد را اجرا کرده و ورودی درست به آن بدهیم، خروجی چیزی شبیه زیر خواهد شد:

Please enter the number: 15
225
!Ended

اگر به همین برنامه، یک ورودی اشتباه بدهیم، نتیجه‌ای شبیه به زیر خواهیم داشت:

Please enter the number: 20kabirapp
لطفا در ورودي فقط عدد وارد کنيد!
!Ended

هر فرآیند مدیریت خطا در پایتون فقط می‌تواند شامل یک بخش try  و یک بخش finally  باشد؛ اما می‌تواند except  های متعددی برای انواع خطاها داشته باشد.
برای مثال اگر در کد بالا بخواهیم جلو خطاهای دیگری که از آن‌ها اطلاع نداریم را بگیریم، می‌توانیم از یک بلوک except  کلی استفاده کنیم.

:try
    num = int( input("Please enter the number: ") )
    print( num**2 )
:except ValueError
    print("لطفا در ورودي فقط عدد وارد کنيد!")
:except
    print("يک خطاي غيرمنتظره رخ داده است!")
:finally
    print("Ended!")

مثالی دیگر از مدیریت خطا در پایتون

از جمله موارد دیگری که می‌تواند هنگام برنامه نویسی باعث دردسر شود، کار با فایل است. به طور کلی کارهای سیستمی ممکن است موجب خطاهای پیش‌بینی نشده در برنامه‌ی ما شوند. به همین دلیل بهتر است در هنگام انجام عملیات‌هایی که مربوط به سیستم عامل است از تکنیک‌های مدیریت خطا استفاده کنیم.
در مقاله‌ای دیگر در مورد کار با فایل در پایتون صحبت کرده‌ایم. باز کردن یک فایل ممکن است باعث ایجاد خطاهای ناخواسته‌ای شود. مثلاً:

• فایل توسط برنامه دیگری در حال استفاده است و اجازه باز کردن آن را نداریم.
• فایل وجود ندارد. (مسیر اشتباه یا نام و فرمت اشتباه)

برای جلوگیری از خطا در هنگام باز کردن فایل، بهتر است از بلوک‌های try except  استفاده کنیم. در مثال زیر ابتدا تلاش کرده‌ایم که یک فایل به نام file.txt  را باز کرده و متنی درون آن بنویسیم.

:try
    f = open("file.txt")
    f.write("Test from SabzDanesh.com")
:except
    print("Something went wrong when writing to the file!")
:finally
    f.close()

مدیریت خطای پیشرفته در پایتون

بیایید دو مسئله‌ای که تا به این‌جا مطرح کردیم را با هم ترکیب کنیم. یعنی در ابتدا سعی کنیم یک فایل را باز کرده و خط اول آن را بخوانیم. سپس محتویات آن خط را به عدد تبدیل کنیم. می‌خواهیم در این مثال، چند خطای ممکن را پیش‌بینی کرده و مدیریت کنیم.
کد زیر یک نتیجه مطلوب برای این کار خواهد بود.

:try
    f = open('file.txt')
    s = f.readline()
    i = int( s.strip() )
:except OSError
    print("We have OS error!")
:except ValueError
    print("Could not convert data to an integer!")
:except
    print("Unexpected error!")

در برنامه بالا به صورت زیر عمل کرده‌ایم:
• خط اول تا چهارم: تلاش برای انجام عملیات‌های مورد نظر (باز کردن فایل، خواندن آن و تبدیل خط اول به عدد)
• خط پنجم و ششم: در صورتی که خطایی در هنگام باز کردن فایل رخ دهد، آن را مدیریت می‌کنیم.
• خط هفتم و هشتم: برای مدیریت خطای تبدیل رشته به عدد در نظر گرفته شده است.
• خط نهم و دهم: برای مدیریت خطای ناخواسته در پایتون این بلوک را نوشته‌ایم.

تولید استثنا در پایتون

هنگامی که در حال نوشتن یک تابع یا کلاس در برنامه خود هستیم، ممکن است لازم داشته باشیم تا در صورت وجود شرایطی خاص، یک استثنا ایجاد کنیم. این استثنا می‌تواند از استثناهای پیش‌فرض پایتون بوده و یا استثنایی باشد که خودمان آن را ایجاد کرده‌ایم.
در هر حال، برای تولید خطا در پایتون می‌توان از کلمه کلیدی raise  استفاده کرد. ساختار کلی این دستور به صورت زیر است.

raise [Exception [, args [, traceback]]]

اولین آرگومان آن ضروری و دو مورد دیگر اختیاری هستند.

• آرگومان اول (Exception) : نام یا نوع استثنا و خطایی است که می‌خواهیم اتفاق بیافتد.
• آرگومان دوم (args) : این مقدار به عنوان آرگومان ورودی exception  صدا زده شده در نظر گرفته می‌شود.
• پارامتر سوم (traceback) : نشان‌دهنده یک پشته از خطاها و رویدادهای مربوط به خطای اتفاق افتاده است.

در قطعه کد زیر، اگر مقدار متغیر i  از 23  بیشتر بود، یک خطای ValueError  تولید می‌کنیم.

:if i > 23
    raise ValueError

جمع‌بندی: مدیریت خطا در پایتون

در این آموزش با مدیریت خطا در پایتون آشنا شدیم. مدیریت خطا یا مدیریت استثنا در پایتون بسیار ساده اما کاربردی است. ما می‌توانیم با استفاده از یک ساختار بلوکی نسبت به مدیریت خطاهای پیش‌بینی نشده اقدام کنیم.
در ابتدا با دستور try  سعی می‌کنیم که کاری را انجام دهیم. در صورتی که مشکلی به وجود بیاید با استفاده از دستور except  آن را مدیریت کرده یا پیغام مناسبی را در خروجی نمایش می‌دهیم. در انتها به کمک finally  می‌توان یک بلوک را در هر شرایطی اجرا کرد. یعنی چه بخش try  با موفقیت اجرا شده و چه وارد except  شده باشیم، بلوک finally  اجرا خواهد شد.
همچنین یاد گرفتیم که می‌توان چند بلوک except برای مدیریت خطاهای مختلف در برنامه تعریف کرد.