実行中のPythonプログラムを、思わず「Ctrl+C」で強制終了させた経験はありませんか？すぐに停止できて便利ですが、時としてファイルが破損したり、中途半端なデータが残ってしまったりと、予期せぬトラブルの原因にもなります。
実は、PythonでCtrl+Cが押されると、KeyboardInterruptという例外が発生します。この仕組みを理解し、適切に処理することで、プログラムを安全に中断させることが可能です。
この記事では、KeyboardInterruptを上手に扱うための基本的な方法から、より高度な制御方法、そして知っておくべき注意点まで、具体的なコードを交えながら分かりやすく解説します。
なぜCtrl+Cでの中断処理が重要なのか？
プログラムの実行中にCtrl+Cで処理を中断すると、実行中の処理がその場で打ち切られます。もし、プログラムがファイルへの書き込み中だった場合、ファイルが破損して開けなくなるかもしれません。データベースの更新中であれば、不整合なデータが残ってしまう可能性もあります。
このように、プログラムの強制終了は、さまざまなリスクを伴います。
そこで重要になるのが、「クリーンアップ処理」です。プログラムが終了する前に、開いているファイルを正しく閉じたり、データベースの接続を切断したりする処理を指します。KeyboardInterruptを適切に処理することで、こうしたクリーンアップ処理を確実に行い、プログラムの安全性を高めることができます。
基本はtry…except文！KeyboardInterruptを補足する
KeyboardInterruptを処理する最も基本的な方法は、try...except文を使うことです。これは、他の例外処理と同じ考え方で、KeyboardInterruptが発生したときに実行したい処理をexceptブロックに記述します。
無限ループするようなプログラムを例に見てみましょう。
import time
import sys
print("プログラムを開始します。終了するにはCtrl+Cを押してください。")
try:
while True:
print("処理を実行中...")
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
print("\nプログラムが中断されました。終了処理を行います。")
# ここにクリーンアップ処理を記述
print("クリーンアップ完了。")
sys.exit(0) # プログラムを正常終了させる
このコードを実行中にCtrl+Cを押すと、whileループが中断され、except KeyboardInterrupt:ブロックの処理が実行されます。sys.exit(0)を呼び出すことで、クリーンアップ処理の後にプログラムを確実に終了させることが重要です。これを忘れると、exceptブロックの処理後にプログラムの実行が続いてしまうため注意が必要です。
確実なクリーンアップならtry…finally文が最適
try...exceptは便利ですが、KeyboardInterrupt以外の予期せぬエラーが発生した場合には、exceptブロックが実行されず、クリーンアップ処理が行われません。
どのような状況でも、プログラム終了時に必ずクリーンアップ処理を実行したい場合は、try...finally文を使いましょう。finallyブロックに記述された処理は、例外の発生有無にかかわらず、必ず実行されることが保証されています。
import time
print("プログラムを開始します。終了するにはCtrl+Cを押してください。")
try:
while True:
print("処理を実行中...")
time.sleep(1)
finally:
print("\n必ず実行される終了処理です。")
# ファイルを閉じる、接続を切るなどの処理
この例では、Ctrl+CでKeyboardInterruptが発生しても、その他のエラーが発生しても、finallyブロック内の終了処理が必ず実行されます。リソースの解放などを確実に行いたい場合に非常に有効な方法です。プログラムの堅牢性を高める上で、ぜひ覚えておきたい構文となります。
Pythonicな解決策：with文による自動クリーンアップ
ファイル処理やデータベース接続など、特定の「リソース」を扱う場面では、with文を使うのが最もPythonらしく、推奨される方法です。with文は、ブロックの開始時にリソースを自動的に取得し、ブロックの終了時に（例外が発生した場合でも）自動的に解放してくれます。
つまり、with文を使うだけで、try...finallyで書いていたようなクリーンアップ処理を、より簡潔かつ安全に実装できます。
import time
print("ファイルへの書き込みを開始します。終了するにはCtrl+Cを押してください。")
try:
with open('logfile.txt', 'w') as f:
count = 0
while True:
f.write(f"Log message {count}\n")
print(f"書き込み中: Log message {count}")
count += 1
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
print("\nプログラムが中断されました。")
print("プログラム終了。logfile.txtは自動的に閉じられています。")
このコードでは、Ctrl+Cを押して中断しても、with文の仕組みによってlogfile.txtは自動で正しく閉じられます。ファイルが破損する心配もありません。自前でクリーンアップ処理を書く必要がなく、コードがシンプルになるのが大きなメリットです。
高度な制御を実現するsignalモジュール
より低レベルで、アプリケーション全体に影響するような中断処理を実装したい場合は、signalモジュールが役立ちます。signalモジュールを使うと、OSから送られてくる「シグナル」を直接プログラムで受け取ることができます。
Ctrl+Cが押されたときに送られるシグナルはSIGINTです。このSIGINTを受け取ったときに、特定の関数（シグナルハンドラ）を呼び出すように設定できます。
import signal
import time
import sys
# シグナルを受け取ったときに実行する関数
def handler(signal_code, frame):
print("\nCtrl+Cを検知しました！安全に終了します。")
# ここでクリーンアップ処理を実行
sys.exit(0)
# SIGINT（Ctrl+C）に対して、上記の関数を割り当てる
signal.signal(signal.SIGINT, handler)
print("プログラムを開始します。終了するにはCtrl+Cを押してください。")
while True:
print("メインループ実行中...")
time.sleep(1)
この方法の利点は、メインの処理ロジックと中断処理を完全に分離できる点です。ただし、signalモジュールには注意点もあります。例えば、Windows環境では利用できるシグナルに制限があります。また、非同期I/O（asyncio）などと組み合わせる際にはシグナルの扱いが複雑になるため、慎重な実装が求められます。
応用的なトピックと注意点
KeyboardInterruptの処理は強力ですが、いくつかのシナリオでは特別な配慮が必要です。ここでは、より高度な状況でプログラムを安全に停止させるためのテクニックと注意点を解説します。
マルチスレッド：フラグ変数による安全な中断
マルチスレッド環境では、KeyboardInterruptはメインスレッドでのみ捕捉されます。サブスレッドは中断されずに動き続けてしまうため、安全に終了させるにはスレッド間で通信する仕組みが必要です。threading.Eventオブジェクトを使ったフラグ変数が一般的です。
import threading
import time
import sys
def worker(stop_event):
""" サブスレッドで実行されるタスク """
while not stop_event.is_set():
print("サブスレッド: 処理を実行中...")
time.sleep(1)
print("サブスレッド: 停止シグナルを受け取りました。終了します。")
stop_event = threading.Event()
worker_thread = threading.Thread(target=worker, args=(stop_event,))
worker_thread.start()
print("プログラムを開始しました。終了するにはCtrl+Cを押してください。")
try:
# メインスレッドはサブスレッドの終了を待つ
worker_thread.join()
except KeyboardInterrupt:
print("\nメインスレッド: Ctrl+Cを検知。サブスレッドに停止を要求します。")
stop_event.set() # イベントを設定してサブスレッドに通知
worker_thread.join() # サブスレッドが終了するのを待つ
print("すべてのスレッドが正常に終了しました。")
この例では、メインスレッドがKeyboardInterruptを受け取るとstop_eventをセットします。ワーカースレッドはこのイベントを定期的に確認し、セットされたらループを抜けて自己終了します。
asyncio環境：イベントループと協調する中断処理
asyncioを使用している場合、標準のsignal.signal()はイベントループをブロックする可能性があるため非推奨です。代わりに、イベントループ自体にシグナルハンドラを登録するloop.add_signal_handler()を使い、コルーチンと協調してシャットダウン処理を行います。
import asyncio
import signal
async def main():
loop = asyncio.get_running_loop()
# シグナルを受け取った際の処理を定義
def shutdown():
print("\nシャットダウンシグナルを受信。タスクをキャンセルします。")
for task in asyncio.all_tasks(loop=loop):
task.cancel()
# SIGINT(Ctrl+C)とSIGTERMに対してハンドラを登録
# 注意: SIGTERMはWindowsでは利用できません
for sig in (signal.SIGINT, signal.SIGTERM):
loop.add_signal_handler(sig, shutdown)
try:
while True:
print("asyncio: メインループ実行中...")
await asyncio.sleep(1)
except asyncio.CancelledError:
print("asyncio: タスクがキャンセルされました。")
try:
asyncio.run(main())
finally:
print("プログラムがクリーンに終了しました。")
割り込めない処理とタイムアウト
ネットワークI/Oや一部のC拡張ライブラリの処理中は、Pythonのシグナルハンドラが実行されず、Ctrl+Cが効かないことがあります。このようなブロッキング処理を中断させるには、タイムアウトを設けるのが有効です。Unix系OSではsignal.alarm()が利用できます。
import signal
import time
class TimeoutError(Exception):
pass
def timeout_handler(signum, frame):
raise TimeoutError("処理がタイムアウトしました。")
# タイムアウトハンドラをSIGALRMシグナルに設定
signal.signal(signal.SIGALRM, timeout_handler)
try:
# 5秒後にSIGALRMシグナルを送信するよう予約
signal.alarm(5)
print("5秒以内に完了しないとタイムアウトする処理を開始します...")
time.sleep(10) # 5秒以上かかるブロッキング処理のダミー
signal.alarm(0) # タイムアウト前に処理が終わればアラームを解除
print("処理が完了しました。")
except TimeoutError as e:
print(e)
except KeyboardInterrupt:
print("\n処理がユーザーによって中断されました。")
finally:
signal.alarm(0) # 念のためアラームを解除
注意： signal.alarm()はWindowsでは利用できません。クロスプラットフォームなタイムアウト処理には、multiprocessingモジュールで別プロセスとして実行するなどの方法があります。
その他の注意点：ネストしたtry文の挙動
try...except文が入れ子になっている場合、内側のexceptブロックでKeyboardInterruptを捕捉すると、例外はそこで処理され、外側のexceptブロックには伝播しません。意図せず例外の伝播を止めてしまう可能性があるため、ネストした例外処理の設計には注意しましょう。
方法別比較！最適な中断処理の選び方
ここまで紹介した方法を、それぞれの特徴と最適な用途で比較してみましょう。なお、以下の表の「確実性」は、KeyboardInterrupt以外の予期せぬエラーが発生した場合でもクリーンアップ処理が実行されるか、という観点での評価です。
| 方法 | 主な用途 | シンプルさ | 確実性 | 適用範囲 | おすすめ度 |
|---|---|---|---|---|---|
| try…except | 特定の処理ブロックでの中断処理 | ◎ | △ | 狭い | ★★★☆☆ |
| try…finally | 例外の種類を問わない確実なクリーンアップ | ○ | ◎ | 狭い | ★★★★☆ |
| with文 | ファイルや接続などリソース管理の自動化 | ◎ | ◎ | 狭い（リソース管理） | ★★★★★ |
| signalモジュール | アプリ全体で統一した中断処理 | △ | ○ | 広い | ★★☆☆☆ |
基本的には、ファイルなどを扱う場合はwith文を第一候補に考えましょう。それ以外の確実なクリーンアップにはtry...finally文が適しています。signalモジュールは、より高度な制御が必要になったときの選択肢として覚えておくと役立ちます。
まとめ
PythonプログラムをCtrl+Cで中断する際に発生するKeyboardInterruptへの対処は、安全で堅牢なアプリケーションを作る上で非常に重要です。
try...exceptで中断を検知し、sys.exit()で確実に終了させるtry...finallyでどのような状況でも後処理を行うwith文でリソースを安全かつ自動で解放するsignalモジュールでアプリ全体に関わる高度な制御を行う
また、マルチスレッド環境やC拡張モジュールの実行時など、KeyboardInterruptが期待通りに機能しない場面があることも覚えておきましょう。これらの特性を理解し、状況に応じて適切な方法を使い分けることで、予期せぬトラブルを防ぎ、ユーザーにとっても親切なプログラムを作成できます。
