本文探讨了如何在Python中获取函数调用前，即上一条被执行语句的行号。传统的 inspect.currentframe().f_back.f_lineno 方法只能获取调用函数本身的行号，无法满足需求。通过引入 sys.settrace 机制，结合自定义的追踪函数和双端队列 (collections.deque)，我们可以精确地记录代码执行路径，从而在函数被调用时，获取到其前一条语句的行号，实现对程序执行流程的细粒度监控。
挑战：获取函数调用前的精确行号
在Python开发中，我们有时需要获取代码执行的上下文信息，例如某个函数被调用时，是哪一行代码触发了这次调用。inspect 模块提供了一些工具，例如 inspect.currentframe().f_back.f_lineno 可以获取当前函数调用者（即上一层堆栈帧）的行号。然而，这个方法返回的是调用函数本身的行号，而非调用前执行的最后一条语句的行号。
考虑以下场景：
Line 1: if True: Line 2: print("Expecting the line no = 2") # 我们期望获取的行号 Line 3: else: Line 4: pass Line 5: log() # 调用 log() 函数的行
在这种情况下，inspect.currentframe().f_back.f_lineno 会返回 log() 函数所在的行号（即第5行），而不是我们期望的第2行。要获取第2行这样的“前一条语句”的行号，我们需要更深入地追踪Python的执行流程。
解决方案：利用 sys.settrace 进行代码追踪
Python的 sys 模块提供了一个强大的调试钩子：sys.settrace()。这个函数允许我们设置一个全局的追踪函数，每当Python解释器执行到新的代码行、调用函数、返回函数或发生异常时，都会回调这个追踪函数。通过巧妙地利用这一机制，我们可以实现对代码执行路径的精确记录。
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sys.settrace 工作原理
sys.settrace(trace_func) 接收一个可调用对象 trace_func 作为参数。trace_func 的签名通常是 trace_func(frame, event, arg)：
- frame: 当前执行的堆栈帧对象。
- event: 一个字符串，表示发生的事件类型，常见类型包括：
- ‘call’: 函数被调用。
- ‘line’: 执行了新的代码行。
- ‘return’: 函数返回。
- ‘exception’: 发生了异常。
- arg: 事件相关的参数，例如 event 为 ‘exception’ 时，arg 是异常信息。
trace_func 必须返回自身或另一个追踪函数，以继续追踪。如果返回 None，则停止追踪。
实现细节：追踪与过滤
为了获取函数调用前一行的行号，我们需要一个追踪函数来：
- 记录行号： 在 ‘line’ 事件发生时，记录当前行的行号。
- 保持历史： 使用一个固定大小的队列来存储最近的行号，这样队列的头部始终保存着我们感兴趣的“前一条”行号。
- 排除目标函数： 关键在于，当追踪函数进入我们想要获取其调用前行号的目标函数（例如 log()）内部时，应停止记录行号，以避免 log() 函数内部的行号污染我们的历史记录。
下面是一个实现这个逻辑的 Tracer 类：
import sys from collections import deque class Tracer: def __init__(self): # 使用 deque 存储行号，maxlen=2 确保只保留最近的两条记录 # 这样当 log() 被调用时，linenos[0] 就是调用前的那一行 self.linenos = deque(maxlen=2) # 存储 log 函数的代码对象，用于在 trace 函数中进行排除 self.log_code = None def trace(self, frame, event, arg): # 仅处理 'line' 事件，即代码执行到新的一行 if event == 'line': # 检查当前帧的代码对象是否为 log() 函数的代码对象 # 如果不是 log() 函数内部的行，则记录 if frame.f_code is not self.log_code: self.linenos.append(frame.f_lineno) # 必须返回自身，以确保追踪持续进行 return self.trace def log(self): # 确保 log_code 在第一次调用 log 时被设置 if self.log_code is None: self.log_code = self.log.__code__ # 在 log 函数内部，我们可以访问 self.linenos[0] 来获取调用前的行号 print(f"调用 log() 函数前执行的行号是: {self.linenos[0]}") # 实例化 Tracer tracer = Tracer() # 设置全局追踪函数 # sys.settrace 会在所有新的线程和新的帧中启用追踪 sys.settrace(tracer.trace) # 示例代码 # 这里的 sys._getframe().f_trace = tracer.trace 也是一种局部激活追踪的方式， # 它将当前帧及其子帧的追踪函数设置为 tracer.trace。 # 在本例中，两种设置方式结合使用，确保了追踪的全面性。 sys._getframe().f_trace = tracer.trace if True: # 假设此行位于文件的第 21 行 assert True else: pass # 调用 log 函数 tracer.log() # 停止全局追踪，避免对后续代码产生不必要的影响 sys.settrace(None)
代码解释：
- Tracer 类： 封装了追踪逻辑和状态（行号队列）。
- self.linenos = deque(maxlen=2)： 创建一个最大长度为2的双端队列。当新行号加入时，如果队列已满，最老的行号会自动从左侧移除。这样，队列中始终保持着最近的两条行号。当 log() 被调用时，linenos[0] 就是调用 log() 前的行号。
- trace(self, frame, event, arg) 方法：
- 只关注 event == ‘line’ 事件，因为我们只关心代码执行到新行时的信息。
- if frame.f_code is not self.log_code: 是核心过滤逻辑。frame.f_code 是当前帧执行的代码对象，self.log_code 是 log 函数的代码对象。通过比较它们，我们可以判断当前执行的行是否属于 log 函数内部。如果不是，就将行号添加到 self.linenos 中。
- return self.trace：确保追踪功能持续有效。
- log(self) 方法： 在这里，self.linenos[0] 将提供我们所需的“前一条”行号。self.log_code = self.log.__code__ 确保在第一次调用 log 时获取其代码对象，以便在 trace 方法中进行排除判断。
- sys.settrace(tracer.trace)： 将 tracer.trace 设置为全局追踪函数。这意味着Python解释器在执行任何代码时都会调用它。
- sys._getframe().f_trace = tracer.trace： 这种方式是针对当前帧及其子帧设置追踪函数，确保在 sys.settrace 生效前或在特定局部范围内进行追踪。
- sys.settrace(None)： 在完成追踪后，务必将全局追踪函数重置为 None，以避免不必要的性能开销和对后续代码执行的影响。
运行上述代码，如果 assert True 语句位于示例文件的第21行，输出将是：调用 log() 函数前执行的行号是: 21。
注意事项与总结
- 性能开销： sys.settrace 是一个强大的调试工具，但它会对程序性能产生显著影响，因为它在每次代码行执行时都会触发回调。因此，它不适用于生产环境或对性能要求极高的场景。应仅在调试或特定分析任务中使用，并在完成后及时关闭。
- 全局性： sys.settrace 设置的是一个全局追踪函数，会影响整个解释器的行为。这意味着它会追踪所有线程和所有新创建的帧。如果只需要追踪特定代码块，可以考虑更细粒度的控制，例如仅对特定函数的 f_trace 属性进行设置，或者在进入和退出目标代码块时动态开启和关闭追踪。
- 复杂性： 追踪函数的编写需要对Python的堆栈帧、事件类型有深入理解。对于更复杂的追踪需求，可能需要结合 inspect 模块进行更细致的分析。
通过 sys.settrace 结合精心设计的追踪逻辑，我们能够克服 inspect 模块在获取“前一条语句”行号方面的局限性，实现了对Python代码执行流程的精确监控。这对于高级调试、代码分析或自定义日志记录等场景非常有用。
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