Практика обработки исключений в Python и расширениях на языке C

Как поднять исключение Python из C кода?

Расширения CPython реализуются на C и должны сообщать интерпретатору об ошибках. Для этого существует семейство функций PyErr_*. Функция, которая должна возбудить исключение, после установки ошибки возвращает NULL.

#include <Python.h>

static PyObject *py_divide(PyObject *self, PyObject *args) {
    double a, b;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "dd", &a, &b)) {
        return NULL;
    }
    if (b == 0.0) {
        PyErr_SetString(PyExc_ZeroDivisionError,
                        "деление на ноль в C расширении");
        return NULL;
    }
    return PyFloat_FromDouble(a / b);
}

Python exception (исключения в python)

Здесь при неудачном разборе аргументов PyArg_ParseTuple сама устанавливает TypeError. При делении на ноль PyErr_SetString создаёт ZeroDivisionError с переданным сообщением. Интерпретатор Python видит NULL и превращает это в исключение, которое можно перехватить try/except.

Как в C обработать ошибку без исключений?

В системном программировании часто используется код возврата и errno. Функция fopen возвращает NULL, если файл не открыт, а errno содержит код причины.

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
    FILE *file = fopen("data.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        int error = errno;
        printf("Ошибка: %s\n", strerror(error));
        return error;
    }
    fclose(file);
    return 0;
}

Python errno (обработка ошибки errno в python)

Такой вариант применяется в библиотеках Python, написанных на C, когда ошибка не должна быть исключением. Код вызывающего участка должен явно проверять каждое возвращаемое значение. Это громоздко, но предсказуемо для C программ.

Как эмулировать исключения в C с помощью setjmp и longjmp?

Набор функций setjmp и longjmp позволяет выполнить переход из глубокой вложенности в заранее заданную точку. Такой переход похож на исключение, но не создаёт объектов исключений.

#include <stdio.h>
#include <setjmp.h>

static jmp_buf env;

static void risky_function(void) {
    longjmp(env, 10);
}

int main(void) {
    int value = setjmp(env);
    if (value == 0) {
        risky_function();
        printf("Нет ошибки\n");
    } else {
        printf("Код ошибки: %d\n", value);
    }
    return 0;
}

Python no module named pip (ошибка 'no module named pip' в python)

Код ошибки: 10

Python externally managed environment (ошибка externally managed environment в python)

Состояние после longjmp похоже на исключение, но память и другие ресурсы, выделенные между setjmp и longjmp, не освобождаются автоматически. Локальные переменные, изменившиеся после setjmp, могут иметь неопределённое значение, если они не объявлены volatile. Поэтому такой приём применяют только в виде исключения, когда время жизни всех ресурсов точно контролируется.

Как перехватить исключение Python внутри C программы?

C программа, встраивающая Python, вызывает Python объекты и должна распознавать исключения. Проверка результата на NULL даёт сигнал, а PyErr_Fetch извлекает тип, значение и traceback.

#include <Python.h>

void call_python_function(PyObject *func) {
    PyObject *result = PyObject_CallObject(func, NULL);
    if (result == NULL) {
        PyObject *type, *value, *tb;
        PyErr_Fetch(&type, &value, &tb);
        PyErr_NormalizeException(&type, &value, &tb);
        PyObject *str = PyObject_Str(value);
        const char *text = PyUnicode_AsUTF8(str);
        printf("Поймано исключение: %s\n", text);
        Py_XDECREF(type);
        Py_XDECREF(value);
        Py_XDECREF(tb);
        Py_XDECREF(str);
    } else {
        Py_DECREF(result);
    }
}

List out of range python (ошибка indexerror: list index out of range в python)

PyErr_Fetch забирает указатели из состояния потока. PyErr_NormalizeException приводит значение к экземпляру класса, если это необходимо. После преобразования в UTF-8 строку сообщение печатается, а все ссылки освобождаются, чтобы не возникло утечки.

Как создать собственный класс исключения в Python?

Исключения можно определять как подклассы Exception. Собственный класс помогает отделить бизнес-ошибки от системных.

class NotEnoughMoney(Exception):
    pass

def withdraw(balance, amount):
    if amount > balance:
        raise NotEnoughMoney("доступно " + str(balance))
    return balance - amount

try:
    withdraw(500, 700)
except NotEnoughMoney as exc:
    print(exc)

Python error code 1 (ошибка python с кодом 1)

доступно 500

Line in module python ошибка (ошибка в строке модуля python)

Такой класс полезен в библиотеках, где нужно ловить только свои ошибки. Встроенные исключения остаются для нестандартных ситуаций и ошибок интерпретатора.

Как создать собственное исключение для модуля на C?

В CPython создание исключения выполняется функцией PyErr_NewException. Затем объект добавляется в модуль.

#include <Python.h>

static PyObject *MyError;

static PyObject *raise_my_error(PyObject *self, PyObject *args) {
    PyErr_SetString(MyError, "пользовательская ошибка из C");
    return NULL;
}

static PyMethodDef methods[] = {
    {"raise_my_error", raise_my_error, METH_NOARGS, "Создаёт исключение MyError"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef my_module = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT, "my_module", NULL, -1, methods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_my_module(void) {
    PyObject *module = PyModule_Create(&my_module);
    MyError = PyErr_NewException("my_module.MyError", NULL, NULL);
    Py_INCREF(MyError);
    PyModule_AddObject(module, "MyError", MyError);
    return module;
}

Python codec can t decode byte (ошибка декодирования байтов в python)

Py_INCREF сохраняет глобальную ссылку после PyModule_AddObject. Если пропустить Py_INCREF, указатель MyError может стать висячим после завершения функции инициализации модуля.