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涨知识!Python 的异常信息还能这样展现

2023-02-28

简介在日常开发中,我们的大部分时间都会花在阅读traceback模块信息以及调试代码上。本文我们将改进traceback模块,让其中的提示信息更加简洁准确。基于这一目的,我们将会自定义ExceptionHooks(异常处理钩子),用来去除traceback中的冗余信息,只留下解决报错所需的内容。此外

简介

在日常开发中,我们的大部分时间都会花在阅读traceback模块信息以及调试代码上。本文我们将改进traceback模块,让其中的提示信息更加简洁准确。

基于这一目的,我们将会自定义Exception Hooks(异常处理钩子),用来去除traceback中的冗余信息,只留下解决报错所需的内容。此外,我还会介绍一些好用的第三方库,你可以直接使用其中的Exception Hooks,来简化traceback模块。

Exception Hooks

假如程序的异常信息没有被try/catch捕获到,python解释器就会调用sys.excepthook()函数,它会接收3个参数,分别是:type, value, traceback。这个函数也被称为Exception Hook,会输出程序的异常信息。

我们来看看下面这个例子:

import sys
def exception_hook(exc_type, exc_value, tb):
   print('Traceback:')
   filename = tb.tb_frame.f_code.co_filename
   name = tb.tb_frame.f_code.co_name
   line_no = tb.tb_lineno
   print(f"File {filename} line {line_no}, in {name}")
   # Exception type 和 value
   print(f"{exc_type.__name__}, Message: {exc_value}")
sys.excepthook = exception_hook
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在这个例子中,我们可以从traceback (tb)对象中获取到异常信息出现的位置,位置信息包括:文件名(f_code.co_filename),函数/模块名(f_code.co_name), 和行数(tb_lineno)。此外,我们可以使用exc_type和exc_value变量来获取异常信息的内容。

当我们调用一个会产生错误的函数时,exception_hook会输出如下内容:

def do_stuff():
   # 写一段会产生异常的代码
   raise ValueError("Some error message")
do_stuff()
# Traceback:
# File /home/some/path/exception_hooks.py line 22, in <module>
# ValueError, Message: Some error message
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上述例子提供了一部分异常信息,但要想获取调试代码所需的全部信息,并知道异常出现的时间及位置,我们还需要深入研究下traceback对象:

def exception_hook(exc_type, exc_value, tb):
   local_vars = {}
   while tb:
       filename = tb.tb_frame.f_code.co_filename
       name = tb.tb_frame.f_code.co_name
       line_no = tb.tb_lineno
       print(f"File {filename} line {line_no}, in {name}")
       local_vars = tb.tb_frame.f_locals
       tb = tb.tb_next
   print(f"Local variables in top frame: {local_vars}")
...
# File /home/some/path/exception_hooks.py line 41, in <module>
# File /home/some/path/exception_hooks.py line 7, in do_stuff
# Local variables in top frame: {'some_var': 'data'}
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由上面的例子可以看出,traceback对象(tb)本质上是一个链表 - 存储着所有出现的exceptions。因此可以使用tb_next对tb进行遍历,并打印每一个异常的信息。在此基础上,还可以使用tb_frame.f_locals属性将变量输出到console中,这有助于调试代码。

使用traceback对象输出异常信息是可行的,但是比较麻烦,此外输出的信息可读性较差。更方便的做法是使用traceback模块,该模块内置了许多提取异常信息的辅助函数。

目前我们已经介绍了Exception Hooks的基础知识,接下来我们可以自定义一个exception hooks,并加入一些实用的特性。

自定义Exception Hooks

  1. 我们还可以让异常信息自动存入文件中,在之后调试代码的时候查看:
LOG_FILE_PATH = "./some.log"
FILE = open(LOG_FILE_PATH, mode="w")
def exception_hook(exc_type, exc_value, tb):
   FILE.write("*** Exception: ***\n")
   traceback.print_exc(file=FILE)
   FILE.write("\n*** Traceback: ***\n")
   traceback.print_tb(tb, file=FILE)
# *** Exception: ***
# NoneType: None
#
# *** Traceback: ***
#   File "/home/some/path/exception_hooks.py", line 82, in <module>
#     do_stuff()
#   File "/home/some/path/exception_hooks.py", line 7, in do_stuff
#     raise ValueError("Some error message")
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  1. 异常信息默认会存储到stderr中,如果你想改变存储位置,可以这样做:
import logging
logging.basicConfig(
   level=logging.CRITICAL,
   format='[%(asctime)s] {%(pathname)s:%(lineno)d} %(levelname)s - %(message)s',
   datefmt='%H:%M:%S',
   stream=sys.stdout
)
def exception_hook(exc_type, exc_value, exc_traceback):
   logging.critical("Uncaught exception:", exc_info=(exc_type, exc_value, exc_traceback))
# [17:28:33] {/home/some/path/exception_hooks.py:117} CRITICAL - Uncaught exception:
# Traceback (most recent call last):
#   File "/home/some/path/exception_hooks.py", line 122, in <module>
#     do_stuff()
#   File "/home/some/path/exception_hooks.py", line 7, in do_stuff
#     raise ValueError("Some error message")
# ValueError: Some error message
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  1. 我们还可以给提示信息的某一部分设置颜色:
# pip install colorama
from colorama import init, Fore
init(autoreset=True)  # Reset the color after every print
def exception_hook(exc_type, exc_value, tb):
   local_vars = {}
   while tb:
       filename = tb.tb_frame.f_code.co_filename
       name = tb.tb_frame.f_code.co_name
       line_no = tb.tb_lineno
       # Prepend desired color (e.g. RED) to line
       print(f"{Fore.RED}File {filename} line {line_no}, in {name}")
       local_vars = tb.tb_frame.f_locals
       tb = tb.tb_next
   print(f"{Fore.GREEN}Local variables in top frame: {local_vars}")
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除了上面介绍的例子,你还可以输出每一帧的局部变量,或者找到出现异常的行中所引用的变量。这些Exception Hooks已经很成熟了,相比于自定义Exception hooks,我建议你阅读下其他开发者的源码,学习下他们的设计思路。

  •  输出每一帧的局部变量[1]
  •  找到出现异常的行中所引用的变量[2]

第三方库中的Exception Hooks

自定义一个Exception Hook很有趣,但许多第三方库已经实现这一功能了。与其自己造轮子,不如看看其他优秀的工具。

  1. 首先,我个人最喜欢的是Rich,可以直接用pip进行安装,随后导入使用。如果你只想在一个例子中使用,可以这样做:python -m rich.traceback
# https://rich.readthedocs.io/en/latest/traceback.html
# pip install rich
# python -m rich.traceback
from rich.traceback import install
install(show_locals=True)
do_stuff()  # Raises ValueError
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  1. better_exceptions也很受欢迎,我们需要先设置环境变量BETTER_EXCEPTIONS=1,再用pip安装。此外,如果你的TERM变量不是xterm,还要把SUPPORTS_COLOR设置为True。
# https://github.com/Qix-/better-exceptions
# pip install better_exceptions
# export BETTER_EXCEPTIONS=1
import better_exceptions
better_exceptions.MAX_LENGTH = None
# 检查你的 TERM 变量是否被设置为 `xterm`, 如果没有执行以下操作
# See issue: https://github.com/Qix-/better-exceptions/issues/8
better_exceptions.SUPPORTS_COLOR = True
better_exceptions.hook()
do_stuff()  # Raises ValueError
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  1. 使用最方便的库是pretty_errors,只需导入即可:
# https://github.com/onelivesleft/PrettyErrors/
# pip install pretty_errors
import pretty_errors
# 如果你对默认配置满意的话,则无需修改
pretty_errors.configure(
   filename_display    = pretty_errors.FILENAME_EXTENDED,
   line_number_first   = True,
   display_link        = True,
   line_color          = pretty_errors.RED + '> ' + pretty_errors.default_config.line_color,
   code_color          = '  ' + pretty_errors.default_config.line_color,
   truncate_code       = True,
   display_locals      = True
)
do_stuff()
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除了直接导入外,上面的代码还显示了该库的一些可选配置。更多的配置可以查看这里:配置[3]

  1. IPython的ultratb模块
# https://ipython.readthedocs.io/en/stable/api/generated/IPython.core.ultratb.html
# pip install ipython
import IPython.core.ultratb
# Also ColorTB, FormattedTB, ListTB, SyntaxTB
sys.excepthook = IPython.core.ultratb.VerboseTB(color_scheme='Linux')  # Other colors: NoColor, LightBG, Neutral
do_stuff()
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  1. stackprinter库
# https://github.com/cknd/stackprinter
# pip install stackprinter
import stackprinter
stackprinter.set_excepthook(style='darkbg2')
do_stuff()
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结论

本文我们学习了如何自定义Exception Hooks,但我更推荐使用第三方库。你可以在本文介绍的第三方库中任选一个喜欢的,用到项目中。需要注意的是使用自定义Exception Hooks可能会丢失某些关键信息,例如:本文中的某些例子中,输出中缺少文件路径,在远程调试代码这无疑很不方便,因此,需要谨慎使用。