涨知识！Python 的异常信息还能这样展现
【导语】：在日常开发的过程中，当代码报错时，我们通常要不断打印、阅读traceback提示信息，来调试代码，这篇文章介绍了如何实现一个Exception Hooks，使得traceback模块的提示信息更加精确；同时还介绍了一些第三方库，这些库也提供了Exception Hooks的功能。
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
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
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'}
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
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")
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
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}")
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。
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
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
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()
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]
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()
stackprinter库
# https://github.com/cknd/stackprinter
# pip install stackprinter
import stackprinter
stackprinter.set_excepthook(style='darkbg2')
do_stuff()
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。
参考资料
输出每一帧的局部变量: https://github.com/Infinidat/infi.traceback/blob/develop/src/infi/traceback/init.py
[2]找到出现异常的行中所引用的变量: https://github.com/albertz/py_better_exchook/blob/master/better_exchook.py
[3]配置: https://github.com/onelivesleft/PrettyErrors/#configuration-settings
[4]参考原文: https://martinheinz.dev/blog/66
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