Отладка Python: обнаружение и устранение ошибок в программах

Как использовать pdb для анализа рекурсивной функции?

Отладчик pdb позволяет войти в каждый вызов рекурсивной функции, просматривать значения аргументов и локальных переменных на каждом уровне.

import pdb

def fib(n):
    pdb.set_trace()
    if n <= 1:
        return n
    return fib(n-1) + fib(n-2)

fib(3)

В консоли pdb можно использовать команды: n (next), s (step into), c (continue), p (print) для просмотра переменных. Например, в точке останова на входе в fib(3) можно напечатать p n, чтобы увидеть текущий аргумент.

(Pdb) p n
3
(Pdb) n
> /tmp/test.py(7)fib()
-> if n <= 1:
(Pdb) n
> /tmp/test.py(9)fib()
-> return fib(n-1) + fib(n-2)
(Pdb) s
--Call--
> /tmp/test.py(3)fib()
-> def fib(n):
(Pdb) p n
2
(Pdb) c
^C

Как отловить ошибку, возникающую внутри многопоточного кода?

Использование модуля threading затрудняет отслеживание ошибок, так как исключения в потоке не всплывают в основной поток. Решение - использовать concurrent.futures.ThreadPoolExecutor с методом result(), который пробрасывает исключение.

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor
import time

def worker(x):
    if x == 2:
        raise ValueError("Ошибка при x=2")
    return x * 2

with ThreadPoolExecutor(max_workers=3) as executor:
    futures = [executor.submit(worker, i) for i in range(4)]
    for f in futures:
        try:
            print(f.result())
        except Exception as e:
            print(f"Поймано исключение: {e}")

0
2
Поймано исключение: Ошибка при x=2
6

Альтернатива - использовать queue.Queue для передачи исключений в основной поток.

Как использовать sys.settrace для тонкой настройки трассировки?

Функция sys.settrace позволяет установить собственный обработчик событий вызова функций, строк и исключений. Это мощный, но низкоуровневый инструмент, полезный для создания профилировщиков или мониторинга.

import sys

def trace_calls(frame, event, arg):
    if event == 'call':
        print(f"Вызов функции {frame.f_code.co_name} в строке {frame.f_lineno}")
    elif event == 'line':
        print(f"Строка {frame.f_lineno} в {frame.f_code.co_name}")
    return trace_calls

sys.settrace(trace_calls)

def add(a, b):
    return a + b

x = add(1, 2)
y = add(3, 4)
print(x, y)
sys.settrace(None)

Вызов функции add в строке 10
Строка 11 в add
Строка 12 в add
Вызов функции add в строке 10
Строка 11 в add
Строка 12 в add
3 7

Обратите внимание: при каждом событии возвращается та же функция, чтобы продолжить трассировку внутри вызванной функции. Для отключения трассировки в конкретной функции можно вернуть None.

Как выполнить отладку кода, который обрабатывает внешние данные (например, JSON из API)?

Часто ошибки связаны с некорректным форматом данных. Полезно использовать json.decoder.JSONDecodeError с трассировкой и выводить сырые данные для анализа.

import json

data = '{"name": "Alice", "age": 30'

try:
    obj = json.loads(data)
    print(obj)
except json.JSONDecodeError as e:
    print(f"Ошибка разбора JSON: {e}")
    print(f"Позиция ошибки: {e.pos}, строка: {e.lineno}, колонка: {e.colno}")
    # Визуализация ошибки
    lines = data.split('\n')
    for i, line in enumerate(lines):
        print(f"{i+1}: {line}")
        if i+1 == e.lineno:
            print(f"    {' ' * (e.colno - 1)}^--- здесь ошибка")

Ошибка разбора JSON: Expecting ',' delimiter: line 1 column 30 (char 29)
Позиция ошибки: 29, строка: 1, колонка: 30
1: {"name": "Alice", "age": 30
                              ^--- здесь ошибка

Данный приём помогает быстро определить, в каком месте структуры данных нарушен синтаксис.