在 Python 中，失败不是意外或错误，而是程序行为的一部分。多态不仅体现在成功路径上的可替换性，更体现在失败路径的可预测与可处理。理解失败的结构化语义，是掌握 Python 面向对象设计、构建健壮系统的关键。

7.1 失败作为正常分支

在许多传统面向对象设计中，“失败”常被视为需要避免或隐藏的情况。

但在 Python 的实践语境中，失败被视为与成功并列存在、同样可靠的行为分支。

# 字典访问天然包含成功和失败两条路径mapping = {"a": 1, "b": 2} # 成功路径value = mapping["a"] # 返回 1 # 失败路径（键不存在）try: value = mapping["c"] # 抛出 KeyErrorexcept KeyError: value = None # 正常处理失败

表达式 mapping[key] 天然包含两条合法路径：

• 键存在：返回对应值

• 键不存在 ：抛出 KeyError

失败不是隐藏的意外，而是调用方必须正视并处理的正常结果。

失败路径的存在，使接口语义更加完整，而不是更加脆弱。

7.2 Python 的异常语义

Python 通过异常机制，为失败路径提供了明确且可区分的语义表达：

try: int("abc") # 转换失败 → ValueErrorexcept ValueError: print("无效数字格式") try: open("nonexistent.txt") # 文件不存在 → FileNotFoundErrorexcept FileNotFoundError: print("文件不存在") try: obj.undefined_attr # 属性不存在 → AttributeErrorexcept AttributeError: print("属性不存在")

这些示例展示了 Python 如何通过异常类型，为不同失败原因赋予精确语义。

异常并不仅仅告诉调用方“失败了”，而是回答了更关键的问题：失败是如何发生的、属于哪一类以及是否可恢复。

因此，在 Python 中，异常是一种结构化的失败返回机制，而不是简单的错误信号。

异常类型本身，已经成为接口对失败方式的正式承诺。

7.3 多态中的失败一致性

在多态语境下，对象之间的可替换性不仅体现在成功路径上，也同样体现在失败路径上。

如果不同实现对失败的表达方式不一致，那么这种多态只在“顺利情况下”成立，一旦进入异常分支便会崩解。

def read_all(source): """读取数据，并处理可能的失败""" try: return source.read() except OSError as e: # 文件 / 网络相关错误 return f"读取失败: {e}" except AttributeError: # 不支持 read 接口 return "不支持读取操作" except Exception as e: # 其他未知错误 return f"未知错误: {e}"

在这个使用语境中，调用方已经隐式定义了接口的失败语义：

• I/O 相关问题应以 OSError 及其子类表达

• 接口不满足应以 AttributeError 表达

只要实现遵守这一失败约定，就可以被安全地替换使用。

（1）行为一致的失败实现

import os class FileSource: def __init__(self, path): self.path = path def read(self): if not os.path.exists(self.path): raise FileNotFoundError(f"文件不存在: {self.path}") with open(self.path) as f: return f.read()

class NetworkSource: def __init__(self, socket, connected=True): self.socket = socket self.connected = connected def read(self): if not self.connected: raise ConnectionError("连接未建立") return self.socket.recv(1024)

尽管 FileSource 与 NetworkSource 的内部实现完全不同，但它们在失败时：

• 明确抛出异常

• 使用可预期的异常类型

• 将失败原因清晰暴露给调用方

因此，它们在失败路径上依然保持行为一致，能够共同参与同一个多态接口。

（2）失败语义不一致的反例

class BadSource: def read(self): # 失败时返回 None，而不是抛出异常 return None

result = read_all(BadSource())

BadSource 虽然形式上提供了 read() 方法，但在失败时选择“沉默返回”，既不说明失败原因，也不符合既有的失败语义约定。

对调用方而言，此时无法区分：返回结果是否真的为空，还是读取过程中发生了错误。

这种失败方式破坏了接口的语义一致性，使对象失去可替换性。

在 Python 的多态体系中，成功路径需要语义一致，失败路径同样需要语义一致。

失败方式的不一致，本质上等同于接口不稳定。

只有当对象在失败时也能给出可预测、可理解、可处理的行为，多态才能在真实系统中长期成立。

7.4 EAFP 与 LBYL 的设计哲学

Python 社区常讨论两种设计立场：

# LBYL：先检查再行动if "key" in mapping: value = mapping["key"]else: value = default

# EAFP：先尝试再处理失败try: value = mapping["key"]except KeyError: value = default

Python 明显偏向 EAFP（Easier to Ask Forgiveness than Permission，先尝试再处理失败）而不是 LBYL（Look Before You Leap，先检查再行动），其根本原因在于：

• 失败在 Python 中是合法行为

• 异常是结构化的失败表达

如果失败是混乱的、不可预测的，那么“先尝试再处理失败”只会带来风险。正因为 Python 将失败视为合法行为，并通过异常进行标准化表达，EAFP 才成为一种可靠的设计哲学。

因此，EAFP 并非“冒险写法”，而是建立在失败多态之上的理性选择。

7.5 明确失败条件的接口设计

成熟的 Python 接口，应在设计阶段显式声明失败条件。

class ProcessingError(Exception): """处理过程中可能发生的错误，用于接口声明和捕获""" pass

class DataProcessor: def process(self, data): """ 处理数据 Raises: ValueError: 数据格式无效 ProcessingError: 处理过程中失败 TimeoutError: 处理超时 """ if not self._validate(data): raise ValueError("无效数据格式") if self._is_too_large(data): raise ProcessingError("数据过大") return self._do_process(data)

processor = DataProcessor() try: result = processor.process(input_data)except ValueError as e: print(f"输入错误: {e}")except ProcessingError as e: print(f"处理失败: {e}")except TimeoutError: print("处理超时，请重试")else: print(f"处理成功: {result}")

DataProcessor.process() 的示例体现了一个关键思想：成熟的接口，不仅要声明成功时做什么，更要声明失败时会发生什么。

通过文档和异常类型，接口明确回答了以下问题：

• 哪些失败是可能的

• 每种失败意味着什么

• 调用方应如何区分与处理

当失败条件被显式纳入接口语义后，不同实现就可以在相同失败约定下自由替换，而不会破坏调用方逻辑。

这使得多态不再只是“成功路径上的可替换”，而扩展为全行为路径上的可替换性。

7.6 失败多态的实际应用

失败多态的价值，并不止于“能被捕获”，还在于能被统一治理。

from functools import wraps def with_retry(max_attempts=3): """失败重试装饰器""" def decorator(func): @wraps(func) def wrapper(*args, **kwargs): for attempt in range(max_attempts): try: return func(*args, **kwargs) except (OSError, TimeoutError) as e: if attempt == max_attempts - 1: raise print(f"第 {attempt + 1} 次尝试失败: {e}") return wrapper return decorator

@with_retry(max_attempts=3)def fetch_data(source): return source.fetch()

fetch_data(HttpDataSource())fetch_data(DatabaseSource())fetch_data(CacheSource())

with_retry 并不关心具体的数据源类型，也不关心失败的内部原因，它只依赖一个事实：这些对象在失败时，会以约定的异常形式暴露失败。

正因为失败路径具有一致语义，横切逻辑（重试、回退、熔断、降级）才能被抽象出来，独立于具体实现存在。

这正是失败多态在工程层面的现实意义。

📘 小结

在 Python 中，多态不仅是成功调用的可替换性，更包含失败路径的可预期性。异常机制将失败结构化，使不同对象在成功与失败上都能遵循一致语义，从而实现真正的行为可替换性。

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