Advanced Python Debugging Techniques: Tools and Methods
作者:禅与计算机程序设计艺术
1.简介
Python作为一种日益流行的语言,能够高效地处理多种数据处理任务。然而,在实际项目实施过程中,由于需求变更、新功能开发、模块迭代更新等多种因素的影响,常常会遇到一系列复杂的问题。因此,掌握Python的调试技巧对于后期问题排查和解决具有重要意义。本文将从以下几个方面阐述Python调试方法和工具:
Logging模块:记录日志的过程具有重要意义,借助日志,我们可以追踪代码运行时发生了哪些事件,同时有助于深入分析问题根源。本文旨在探讨如何有效配置和使用logging模块,涵盖设置级别、指定输出格式、选择存储位置以及在终端显示日志信息等内容。
pdb调试器模块:Python标准库内置了pdb调试器模块,它提供了一个交互式控制台界面,允许用户进入调试模式。本文将详细介绍如何利用pdb进行代码调试,包括设置断点、获取变量实时值、逐步执行代码、查看调用栈以及管理条件断点等功能。
PyCharm IDE:PyCharm是一款广受欢迎的Python集成开发环境(IDE)工具,本文旨在分享在PyCharm中提升开发效率的实用技巧,涵盖代码补全、代码提示、自动化导入、跳转至定义位置等高级功能。
Flask框架调试技巧:Flask以其轻量化、高性能和易于使用的特点,成为PythonWeb框架中的佼佼者。本文将深入探讨如何利用Flask进行Web应用的调试,包括启动调试模式、解析请求参数、获取详细响应结果等实用操作。
2.相关知识点
2.1 Logging 模块
日志记录模块被设计用于捕获程序运行过程中的相关信息。通过捕获的日志信息,可以获取关于程序运行过程中的相关信息,从而,我们得以对程序运行状态进行监控和问题排查。
2.1.1 创建 Logger 对象
首先,我们需要创建一个Logger对象。通过配置名称、日志级别和输出方式,我们可以创建该对象。创建后,我们可以通过不同的日志方法向该对象写入日志信息。
import logging
代码解读
logger = logging.getLogger(name)
logger将日志级别设置为DEBUG。# 将日志级别设置为DEBUG
定义日志格式为'%(asctime)s - %(name)s - %(levelname)s - %(message)s'。# 定义日志格式
定义文件日志处理器为example.log。# 定义文件日志处理器
配置文件日志处理器使用指定格式。# 配置文件日志处理器使用指定格式
定义终端日志处理器为标准输出。# 定义终端日志处理器
配置终端日志处理器使用指定格式。# 配置终端日志处理器使用指定格式
分别将文件和终端日志处理器配置为指定日志处理器。# 分别将文件和终端日志处理器配置为指定日志处理器
上面的代码完成了如下工作:
1. 通过 `logging.getLogger()` 方法创建 Logger 对象
2. 设置日志级别为 DEBUG
3. 指定日志输出格式
4. 指定日志输出到文件 example.log 中
5. 添加 formatter 到文件日志处理器
6. 指定日志输出到终端
7. 添加 formatter 到终端日志处理器
8. 将文件日志处理器添加到 logger 对象中
9. 将终端日志处理器添加到 logger 对象中
### 2.1.2 使用不同日志方法写入日志
Logger 对象提供了多种日志方法,比如 debug(), info(), warning(), error(), critical() 方法。每个日志方法都有一个级别属性和一个快捷方法名,用来方便地写入不同级别的日志信息。例如:
- logger.debug() 对应 DEBUG 级别的日志方法
- logger.info() 对应 INFO 级别的日志方法
- logger.warning() 对应 WARNING 级别的日志方法
- logger.error() 对应 ERROR 级别的日志方法
- logger.critical() 对应 CRITICAL 级别的日志方法
下面给出示例代码,演示了如何使用这些日志方法写入不同级别的日志信息:
```python
import logging
logger = logging.getLogger(__name__)
def add_numbers(a, b):
result = a + b
if result > 100:
logger.debug("Result is greater than 100")
elif result < 0:
logger.warning("Result is negative")
else:
logger.info("Result is {}".format(result))
return result
if __name__ == '__main__':
print(add_numbers(20, 30)) # Output: Result is 50 - (INFO) : Result is 50
print(add_numbers(-5, 10)) # Output: None - (WARNING) : Result is negative
print(add_numbers(90, 5)) # Output: None - (DEBUG) : Result is greater than 100
代码解读
在这个示例代码中,我们首先函数定义了一个名为add_numbers的函数,用于计算两个数字的和。随后,该函数通过判断计算结果是否大于100、小于0或等于0,来决定输出相应的日志信息。最后,函数返回计算结果。在主程序中,我们通过调用该函数并传递不同的参数组合,观察其输出的日志信息。
2.1.3 配置日志输出格式
通过修改 format 参数的值,可以自定义日志输出格式。例如:
import logging
logger = logging.getLogger(__name__)
logger.setLevel(logging.DEBUG) # 设置日志级别为 DEBUG
formatter = logging.Formatter('%(asctime)s - %(name)s:%(lineno)d - %(levelname)s - %(message)s') # 修改日志输出格式
fh = logging.FileHandler('example.log') # 指定日志输出到文件 example.log 中
fh.setFormatter(formatter) # 为文件日志添加 formatter
ch = logging.StreamHandler() # 指定日志输出到终端
ch.setFormatter(formatter) # 为终端日志添加 formatter
logger.addHandler(fh) # 将文件日志处理器添加到 logger 对象中
logger.addHandler(ch) # 将终端日志处理器添加到 logger 对象中
代码解读
采用的格式描述说明,其中,修改后的日志输出格式为%(asctime)s - %(name)s:%(lineno)d - %(levelname)s - %(message)s,其中,该格式说明用于指定日志输出的详细结构和内容
- asctime字段用于记录时间戳
- name字段用于标识当前运行的模块
- lineno字段用于记录当前处理的行数
- levelname字段用于指定日志的优先级等级
- message字段用于包含具体的日志内容
如果觉得默认的日志格式不够直观,也可以自己构造其他格式。
2.2 Pdb 调试器模块
Pdb 是 Python 的预装调试工具,它支持命令行交互模式,帮助用户深入到正在调试的程序中,逐步执行代码中的每一条指令。
2.2.1 命令行参数
Pdb 有许多命令行参数可供我们使用。常用参数有:
-h:显示帮助信息
-c command:执行指定的命令后退出程序-m module:在指定的模块中启动调试器-r expression:重新执行指定表达式并继续调试-w filename:当程序结束时,将工作区内容保存到指定的文件中
2.2.2 设置断点
设置断点的命令为 b(reak) 。例如:
(Pdb) b 10 # 在第 10 行设置断点
(Pdb) break # 可以省略行号
(Pdb) b my_func # 在名为 my_func 的函数中设置断点
代码解读
当程序执行到达断点时,程序在执行过程中会暂停并进入调试器的控制台界面,用户可以输入特定命令来调试程序。具体来说,输入 n 命令会使程序执行下一步,输入 c 命令则会暂停调试。
2.2.3 查看变量值
可以使用 p(rint) 命令查看变量的值。例如:
(Pdb) p x # 查看变量 x 的值
(Pdb) p var1,var2,var3 # 查看多个变量的值
代码解读
除了 whatis 和 display 之外,还有其他命令可以用来查看变量的值。如需进一步了解,请参阅官方文档。
2.2.4 单步执行程序
按下 n键(表示“下一步”)可以在单步调试模式下执行该程序,该程序会依次执行每一条语句。按下 s键(表示“执行”)则可以在单步调试模式下启动函数调用流程。
2.2.5 打印调用栈
使用 bt(raceback) 命令可以打印当前程序的调用栈。
2.2.6 条件断点
条件断点可以根据某个表达式的值来设置断点。例如:
(Pdb) b some_function # 在名为 some_function 的函数中设置断点
(Pdb) cond 100 <= some_value # 设置条件断点,满足条件 some_value >= 100 时触发断点
代码解读
当满足条件时,程序会停止并进入调试器的控制台。
2.3 PyCharm IDE 使用技巧
PyCharm 是一个由 JetBrains 公司推出的 Python 编程开发工具。它具备强大的编辑能力,提供全面的编码支持,并集成了先进的版本管理和项目管理功能。本节将介绍在 PyCharm 中的一些实用技巧。
2.3.1 代码补全
PyCharm 软件具备代码补全功能,当用户在输入代码时,只需轻按Tab键,就能弹出候选词列表,供用户选择所需代码。通过按两下Shift键,可以查看全部候选词。
2.3.2 代码提示
当我们在输入函数名、类名或模块名时,PyCharm 会自动提供候选词列表,并帮助选择所需项。另一种方式是,右键点击并选择上下文菜单中的 Quick Documentation 选项,以查看函数和类的详细文档。
2.3.3 自动导入包
PyCharm 支持自动导入包的功能特性。当用户输入一个不存在的模块名时,PyCharm 会自动地将其添加到所需位置,并同时完成导入操作。
2.3.4 跳转到定义处
在编辑器中按住 Alt 键,然后点击函数名,可以跳转到函数的定义处。
2.3.5 文件搜索
在 PyCharm 的导航栏中,可以搜索整个工程中的文件。
2.3.6 跳转到声明处
点击一下光标所在的变量名,即可跳转到它的声明处。
2.3.7 运行单元测试
在 PyCharm 环境中,单元测试运行功能得以实现。通过按下 Shift 键并点击鼠标左键,即可执行单元测试。
3.Flask 框架调试技巧
Flask 是一种基于 Python 的 Web 框架,具有轻量化、高性能以及易于使用的特性。本节将介绍如何利用 Flask 实现 Web 应用的调试功能,具体包括启用调试模式、分析请求参数以及获取响应结果等内容。
3.1 配置调试模式
在 Flask 中,可以通过设置环境变量 FLASK_ENV 来配置调试模式。
- 当
FLASK_ENV设置为"development"时,将启用调试模式; - 当
FLASK_ENV设置为"production"时,将不会启用调试模式; - 若未设置
FLASK_ENV,则默认为"production"环境。
我们可以通过启用 export FLASK_ENV=development 这一命令来短暂开启调试模式,或者通过启用 export FLASK_ENV=production 这一命令来持续关闭调试模式。
$ export FLASK_ENV=development # 临时开启调试模式
$ flask run # 运行程序
* Running on http://localhost:5000/
代码解读
3.2 查看请求参数
Flask 提供了一个 Request 对象,可以获取 HTTP 请求的请求参数。
例如,当客户端发送 POST 请求时,可以用以下代码获取参数:
from flask import request
@app.route('/post', methods=['POST'])
def post():
user_id = request.form['user_id']
password = request.form['password']
age = int(request.args['age'])
do_something(user_id, password, age)
代码解读
Flask解析了请求体的内容,并将表单数据存储在request.form属性中,同时将查询字符串参数存储在request.args属性中。
如果客户端发送 GET 请求,可以使用 request.args 来获取查询字符串参数。
3.3 获取响应结果
该框架提供了Response对象,该对象可生成响应消息并返回给客户端。我们可以通过以下方式生成响应消息:
from flask import jsonify
@app.route('/get/<int:user_id>')
def get(user_id):
user = query_user(user_id)
response = {
'status':'success',
'data': user,
}
return jsonify(response), 200
代码解读
这里,我们借助 jsonify 函数将字典转换为 JSON 格式的数据,并以 200 作为成功状态码。
