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Python异常堆栈信息

古明地觉 人气:0

当我们的程序报错时,解释器会将整个异常的堆栈信息全部输出出来,举个例子:

def foo():
    raise RuntimeError("抛一个异常")

def bar():
    foo()

def main():
    bar()

main()

如果执行这段代码,会得到以下报错信息:

解释器会将异常产生的整个调用链都给打印出来,那么问题来了,我们能不能自定义这些报错信息呢?

答案是可以的,我们只要拿到这些报错信息,然后再进行修改即可。那么如何才能拿到呢?显然需要借助于 traceback 对象。

import sys

def foo():
    raise RuntimeError("抛一个异常")

def bar():
    foo()

def main():
    bar()

try:
    main()
except Exception:
    # sys.exc_info() 返回一个元组,里面有三个元素
    # 分别是:异常类型、异常值、异常的堆栈信息
    exc_type, exc_val, exc_tb = sys.exc_info()

    print(exc_type)
    print(exc_val, type(exc_val))
    print(exc_tb)
    """
    <class 'RuntimeError'>
    抛一个异常 <class 'RuntimeError'>
    <traceback object at 0x7fe35811de40>
    """

每一个函数在运行时都会创建一个栈帧,栈帧在 CPython 里面由 PyFrameObject 结构体表示。同时每个栈帧都会对应一个 PyTracebackObject,也就是异常堆栈,即代码中的 exc_tb。

上面的代码在执行函数 foo 的时候出现了异常,那么解释器会创建对应的 traceback 对象,由于 foo 内部没有异常捕获,因此会回退到上一级栈帧,继续寻找异常捕获逻辑。而 foo 的上一级栈帧是 bar 的栈帧,因此解释器同样会基于 bar 的栈帧创建 traceback 对象,并且 bar 的 traceback 对象的 tb_next 指向 foo 的 traceback 对象。

就这样栈帧一层层的回退,整个过程我们称之为栈帧展开。在栈帧展开的过程中,解释器不断地创建与各个栈帧对应的 traceback,并将其链接成链表。

如果回退到最外层(模块)也没有找到异常捕获逻辑,那么解释器就要输出异常信息了,从模块对应的 traceback 开始不断遍历,将每一层信息都输出出来,就是我们看到的样子。

而我们也可以在拿到 traceback 之后,手动输出出来。

import sys
import traceback

def foo():
    raise RuntimeError("抛一个异常")

def bar():
    foo()

def main():
    bar()

try:
    main()
except Exception:
    exc_type, exc_val, exc_tb = sys.exc_info()

    error_msg = "".join(
        traceback.format_exception(
            exc_type, exc_val, exc_tb)
    )
    print(error_msg)
    """
    Traceback (most recent call last):
      File "/Users/satori/Desktop/project/main.py", line 14, in <module>
        main()
      File "/Users/satori/Desktop/project/main.py", line 11, in main
        bar()
      File "/Users/satori/Desktop/project/main.py", line 8, in bar
        foo()
      File "/Users/satori/Desktop/project/main.py", line 5, in foo
        raise RuntimeError("抛一个异常")
    RuntimeError: 抛一个异常
    """

Python 有一个标准模块也叫 traceback,使用它的 format_exception 函数,我们可以拿到格式化后的异常堆栈信息,而该函数接收的参数正是 exc_type, exc_val, exc_tb。

虽然我们拿到了异常的堆栈信息,但是还不够,因为这里是通过手动捕获异常的方式。而在生产上,很多时候我们并不知道哪里会抛出异常,所以我们需要在不使用异常捕获逻辑的前提下,自动捕获异常。是不是有点绕了呢?我们举个例子。

import sys

def catch(exc_type, exc_val, exc_tb):
    """
    光看名字,就应该知道这三个参数的含义了
    """
    print("报错啦")
    print(exc_val)

# 之后当出现异常的时候,如果没有异常捕获逻辑
# 就会执行 catch 函数
sys.excepthook = catch

raise ZeroDivisionError("除零错误")
"""
报错啦
除零错误
"""

代码中我们 raise 了一个异常,默认情况下解释器应该将异常输出到 stderr 当中,然后中止运行。但是我们替换了 sys.excepthook,那么在出现异常的时候,解释器会去执行我们这里替换之后的 catch 函数,并自动将 exc_type, exc_val, exc_tb 作为参数传进去。

而一旦 cache 函数执行完毕,程序就结束了。

那么接下来我们就可以对异常输出进行改造了,至于怎么改,完全由你来决定,我们这里给个示例。

import sys
from io import StringIO
import re
import traceback
from rich import print

def catch(exc_type, exc_val, exc_tb):
    buf = StringIO()
    # 得到一个列表
    errors = traceback.format_exception(
        exc_type, exc_val, exc_tb)
    buf.write(f"[blue]程序出现异常啦, 客官请看下面:\n\n")
    # 遍历
    i = 1
    while i < len(errors):
        match = re.search(r'File "(.+?)", line (\d+), in (.+)\s*(.*)',
                          errors[i].strip())
        if match is not None:
            file_path, lineno, where, reason = match.groups()
            buf.write(
                f"在文件 [red bold]{file_path}[/red bold] "
                f"[green bold]{where}[/green bold] 的"
                f"第 [yellow bold]{lineno}[/yellow bold] 行\n"
            )
            buf.write(f"执行了 {reason.strip()}\n\n")
        i += 1
    buf.write(f"[cyan bold]{errors[-1].strip()}")
    print(buf.getvalue())

sys.excepthook = catch

def foo():
    # raise a exception
    {} + ()

def bar():
    foo()

def main():
    bar()

main()

我们执行这段代码,看看它的错误输出是什么样子。

怎么样,是不是很好玩呢?只要把 sys.excepthook = cache 这段逻辑加载到程序中,我们就可以自定义异常显示信息了。

当然啦,根据异常的不同,解释器可能输出更复杂的信息,所以我们上面的代码并不完善,但你可以根据实际情况进行修改。只要知道如何获取解释器输出的异常信息,以及 sys.excepthook 的用法就足够了。

最后再强调一下,解释器在发现异常的时候,会立即调用 sys.excepthook。而一旦调用结束,整个程序就结束了。

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