python 异常处理模块_扩展Python模块系列(五)----异常和错误处理

在上一节中，讨论了在用C语言扩展Python模块时，应该如何处理无处不在的引用计数问题。重点关注的是在实现一个C Python的函数时，对于一个PyObject对象，何时调用Py_INCREF和Py_DECREF。在编写C语言代码时，需要了解Python提供的C/C++ API的实现细节，特别是有的API内部实现会调用Py_INCREF，这时自己编写的函数可能需要调用Py_DECREF，而有的API内部实现只是borrowed reference，此时一般不应该调用Py_DECREF。

本节讨论在C扩展Python时，如何对异常和错误进行处理。Python解释器的实现中有一个重要的约定：当一个函数失败，它应该设置一个exception condition并返回一个错误值(通常是NULl指针)。异常是存放在解释器的一个全局变量中，如果这个变量是NULL，那么没有异常发生。另外一个全局变量存放的是跟异常相关的值，还有一个变量包含了stack traceback，记录了产生错误时的Python Code。这三个变量对应Python的sys模块的三个变量，sys.exc_type, sys.exc_value, sys.exc_traceback。在1.5版本之后，这三个变量用exc_info()代替了。

这三个全局的变量在C Python 源码中是存放在PyThreadState *_PyThreadState_Current这个结构体中的，而_PyThreadState_Current是在pythonrun.c的Py_InitializeEx中初始化的。

PyThreadState结构体定义：

红色框中的三个变量就是error indicator。

常见的Python设置异常的接口

Python API定义了一系列的function来设置不同类型的异常，定义在Python源码中的Python/error.c中。

PyErr_SetString:

最常用的莫过于PyErr_SetString，函数的原型为：

函数的作用是设置Python解释器的全局error indicator。

参数分别为一个exception对象和一个描述异常的字符串。exception object通常是一个已经定义好的object，不需要增加它的引用计数，在PyErr_SetString源码中已经调用了Py_XINCREF(exception)。

/*Predefined exceptions*/PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_BaseException;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_Exception;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_StopIteration;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_GeneratorExit;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_StandardError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_ArithmeticError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_LookupError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_AssertionError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_AttributeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_EOFError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_FloatingPointError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_EnvironmentError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_IOError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_OSError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_ImportError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_IndexError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_KeyError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_KeyboardInterrupt;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_MemoryError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_NameError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_OverflowError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_RuntimeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_NotImplementedError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_SyntaxError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_IndentationError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_TabError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_ReferenceError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_SystemError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_SystemExit;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_TypeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_UnboundLocalError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_UnicodeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_UnicodeEncodeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_UnicodeDecodeError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_UnicodeTranslateError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_ValueError;

PyAPI_DATA(PyObject*) PyExc_ZeroDivisionError;

PyErr_SetObject:

从PyErr_SetString实现的源码中可以看到，内部调用了PyErr_SetObject, PyErr_SetObject内部又调用了PyErr_Restore。

PyErr_SetObject函数原型是：

PyObject* PyErr_Occurred():

函数返回当前是否有异常发生，如果有返回current exception object【borrowed reference】，否则返回NULL

int PyErr_ExceptionMatches(PyObject* exc)

int PyErr_GivenExceptionMatches(PyObject* given, PyObject* exc):

判断给定的异常对象是否符合exc类型。

PyErr_Clear():

清除Python解释器的error indicator。Python解释器不会检测到有异常发生。

PyErr_Fetch(PyObject** ptype, PyObject** pvalue, PyObject** ptraceback)

获得error indicator的三个变量，如果error indicator没有设置，ptype, pvalue, ptraceback都被设置为NULL。error indicator会被置空，将三个变量的地址赋给ptype, pvalue, ptraceback。

PyErr_Restore(PyObject* type, PyObject* value, PyObject* traceback)

使用给定的三个变量设置error indicator。

代码中使用异常接口的规则

如果函数f调用函数g，其中g函数失败，应该怎样设置异常呢？通常的做法是在g中调用设置异常的各个接口，比如PyErr_SetString，通知Python解释器有异常发生了，函数g然后返回一个NULL给函数f，而f不用再处理异常，因为函数g已经上报过了。比如我们自己写的函数调用了PyArg_ParseTuple(),这个函数出现错误时返回NULL，但是我们不用自己上报异常，异常的上报由PyArg_ParseTuple本身处理。一旦通过PyErr_SetString设置了异常，那么Python解释器在主循环中检测到error indicator被设置，会暂停执行当前的Python Code，会试图寻找exception handler来处理异常。

Python源码中使用异常处理接口的例子

PyTuple_GetItem：

PyObject *PyTuple_GetItem(register PyObject*op, register Py_ssize_t i)

{if (!PyTuple_Check(op)) {

PyErr_BadInternalCall();returnNULL;

}if (i < 0 || i >=Py_SIZE(op)) {//如果索引有错误，设置异常

PyErr_SetString(PyExc_IndexError, "tuple index out of range");returnNULL;

}return ((PyTupleObject *)op) ->ob_item[i];

}

PyErr_SetString实现：

voidPyErr_SetString(PyObject*exception, const char *string)

{

PyObject*value = PyString_FromString(string);

PyErr_SetObject(exception, value);

Py_XDECREF(value);

}

PyErr_SetObject实现：

voidPyErr_SetObject(PyObject*exception, PyObject *value)

{

Py_XINCREF(exception);//增加引用计数

Py_XINCREF(value); //增加引用计数

PyErr_Restore(exception, value, (PyObject *)NULL);

}

PyErr_Restore实现：

voidPyErr_Restore(PyObject*type, PyObject *value, PyObject *traceback)

{

PyThreadState*tstate =PyThreadState_GET();

PyObject*oldtype, *oldvalue, *oldtraceback;if (traceback != NULL && !PyTraceBack_Check(traceback)) {/*XXX Should never happen -- fatal error instead?*/

/*Well, it could be None.*/Py_DECREF(traceback);

traceback=NULL;

}/*Save these in locals to safeguard against recursive

invocation through Py_XDECREF*/oldtype= tstate->curexc_type;

oldvalue= tstate->curexc_value;

oldtraceback= tstate->curexc_traceback;//设置当前的异常

tstate->curexc_type =type;

tstate->curexc_value =value;

tstate->curexc_traceback =traceback;//旧的异常变量需要减少引用计数

Py_XDECREF(oldtype);

Py_XDECREF(oldvalue);

Py_XDECREF(oldtraceback);