在上一節中，討論了在用C語言擴展Python模塊時，應該如何處理無處不在的引用計數問題。重點關注的是在實現一個C Python的函數時，對于一個PyObject對象，何時調用Py_INCREF和Py_DECREF。在編寫C語言代碼時，需要了解Python提供的C/C++ API的實現細節，特別是有的API內部實現會調用Py_INCREF，這時自己編寫的函數可能需要調用Py_DECREF，而有的API內部實現只是borrowed reference，此時一般不應該調用Py_DECREF。

本節討論在C擴展Python時，如何對異常和錯誤進行處理。Python解釋器的實現中有一個重要的約定：當一個函數失敗，它應該設置一個exception condition并返回一個錯誤值(通常是NULl指針)。異常是存放在解釋器的一個全局變量中，如果這個變量是NULL，那么沒有異常發生。另外一個全局變量存放的是跟異常相關的值，還有一個變量包含了stack traceback，記錄了產生錯誤時的Python Code。這三個變量對應Python的sys模塊的三個變量，sys.exc_type, sys.exc_value, sys.exc_traceback。在1.5版本之后，這三個變量用exc_info()代替了。

這三個全局的變量在C Python 源碼中是存放在PyThreadState *_PyThreadState_Current這個結構體中的， 而_PyThreadState_Current是在pythonrun.c的Py_InitializeEx中初始化的。

PyThreadState結構體定義：

紅色框中的三個變量就是error indicator。

常見的Python設置異常的接口

Python API定義了一系列的function來設置不同類型的異常，定義在Python源碼中的Python/error.c中。

PyErr_SetString:

最常用的莫過于PyErr_SetString，函數的原型為：

函數的作用是設置Python解釋器的全局error indicator。

參數分別為一個exception對象和一個描述異常的字符串。exception object通常是一個已經定義好的object， 不需要增加它的引用計數，在PyErr_SetString源碼中已經調用了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:

從PyErr_SetString實現的源碼中可以看到，內部調用了PyErr_SetObject, PyErr_SetObject內部又調用了PyErr_Restore。

PyErr_SetObject函數原型是：

PyObject* PyErr_Occurred():

函數返回當前是否有異常發生，如果有返回current exception object【borrowed reference】，否則返回NULL

int PyErr_ExceptionMatches(PyObject* exc)

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

判斷給定的異常對象是否符合exc類型。

PyErr_Clear():

清除Python解釋器的error indicator。Python解釋器不會檢測到有異常發生。

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

獲得error indicator的三個變量，如果error indicator沒有設置，ptype, pvalue, ptraceback都被設置為NULL。error indicator會被置空，將三個變量的地址賦給ptype, pvalue, ptraceback。

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

使用給定的三個變量設置error indicator。

代碼中使用異常接口的規則

如果函數f調用函數g，其中g函數失敗，應該怎樣設置異常呢？通常的做法是在g中調用設置異常的各個接口，比如PyErr_SetString，通知Python解釋器有異常發生了，函數g然后返回一個NULL給函數f，而f不用再處理異常，因為函數g已經上報過了。比如我們自己寫的函數調用了PyArg_ParseTuple(),這個函數出現錯誤時返回NULL，但是我們不用自己上報異常，異常的上報由PyArg_ParseTuple本身處理。一旦通過PyErr_SetString設置了異常，那么Python解釋器在主循環中檢測到error indicator被設置，會暫停執行當前的Python Code，會試圖尋找exception handler來處理異常。

Python源碼中使用異常處理接口的例子

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)) {//如果索引有錯誤，設置異常

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

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

}

PyErr_SetString實現：

voidPyErr_SetString(PyObject*exception, const char *string)

{

PyObject*value = PyString_FromString(string);

PyErr_SetObject(exception, value);

Py_XDECREF(value);

}

PyErr_SetObject實現：

voidPyErr_SetObject(PyObject*exception, PyObject *value)

{

Py_XINCREF(exception);//增加引用計數

Py_XINCREF(value); //增加引用計數

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

}

PyErr_Restore實現：

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;//設置當前的異常

tstate->curexc_type =type;

tstate->curexc_value =value;

tstate->curexc_traceback =traceback;//舊的異常變量需要減少引用計數

Py_XDECREF(oldtype);

Py_XDECREF(oldvalue);

Py_XDECREF(oldtraceback);

}

自定義異常

除了使用Python已經定義好的異常對象之外，我們可以自定義異常類型，主要是通過PyErr_NewException創建一個異常對象。

1. 在文件頭部定義一個static 變量：

static PyObject *MyError;

2. 在模塊初始化時傳入我們自定義的異常對象

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. 在通過PyErr_SetString設置異常時，第一個參數傳入MyError即可。