扩展Python模块系列(五)----异常和错误处理

水深无声 2022-01-11 01:29 556阅读 0赞

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。

![1216307-20170903133725437-1342234128.png][]

PyThreadState结构体定义：

![1216307-20170903133943687-1309023176.png][]

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：

![1216307-20170903125649843-944183854.png][]

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：

![1216307-20170903131108843-1112687135.png][]

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

PyErr\_SetString实现：

void
    PyErr_SetString(PyObject *exception, const char *string)
    {
        PyObject *value = PyString_FromString(string);
        PyErr_SetObject(exception, value);
        Py_XDECREF(value);
    }

PyErr\_SetObject实现：

void
    PyErr_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：

void
    PyErr_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);
    }

**自定义异常**

除了使用Python已经定义好的异常对象之外，我们可以自定义异常类型，主要是通过PyErr\_NewException创建一个异常对象。

1. 在文件头部定义一个static 变量：

static PyObject *MyError;

2. 在模块初始化时传入我们自定义的异常对象

PyMODINIT_FUNC
    inittest(void)
    {
        PyObject *m;
    
        m = Py_InitModule("test", TestMethods);
        if (m == NULL)
            return;
    
        MyError = PyErr_NewException("test.error", NULL, NULL);
        Py_INCREF(MyError);
        PyModule_AddObject(m, "error",MyError);
    }

3. 在通过PyErr\_SetString设置异常时，第一个参数传入MyError即可。

转载于:https://www.cnblogs.com/jianmu/p/7469146.html

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