How to catch SegFault in Python as exception? の解決方法【2025年最新版】

エラーの概要・症状
このエラーが発生する原因
解決方法1（最も効果的）
解決方法2（代替手段）
解決方法3（上級者向け）
エラーの予防方法
関連するエラーと対処法
まとめ

エラーの概要・症状

Pythonプログラムを実行中に、Segmentation Fault（セグメンテーションフォルト、略してSegFault）が発生することがあります。これは、プログラムがメモリの不正な領域にアクセスしようとしたときに発生する致命的なエラーであり、通常はプログラムが強制終了します。このエラーが発生すると、ユーザーは何が起こったのかわからず、原因を突き止めるのが難しくなります。特に、C言語やC++などの低レベル言語で書かれたライブラリをPythonから呼び出している際によく見られます。

ユーザーは、エラーメッセージを介してSegFaultを直接捕捉することはできませんが、Pythonの例外処理機能を活用し、SegFaultを捕捉するための方法が存在します。本記事では、その具体的な方法について解説します。

このエラーが発生する原因

SegFaultが発生する主な原因はいくつかあります。以下にその詳細を説明します。

メモリアクセスエラー: プログラムがアクセスすべきでないメモリ領域（たとえば、未初期化のポインタや解放済みのメモリ）にアクセスしようとすることで発生します。
C拡張モジュールの不具合: Pythonでは、C言語で書かれた拡張モジュールを使用することがあります。これらのモジュールにバグがあると、SegFaultが発生する可能性があります。
スタックオーバーフロー: 無限再帰などによってスタックが溢れると、SegFaultが発生します。
不正なポインタ操作: ctypesなどのライブラリを用いてメモリを直接操作する場合、不正なポインタを使用するとSegFaultが発生します。
外部ライブラリの不具合: Pythonが依存している外部ライブラリにバグがあり、それが引き金となってSegFaultが発生することもあります。

これらの原因は、Pythonの高レベルな抽象化を超えた部分で発生するため、プログラマーが直接制御できないことが多いです。これにより、問題の特定や修正が難しくなります。

解決方法1（最も効果的）

今回紹介する解決方法は、subprocessモジュールを使って、別プロセスでSegFaultを発生させ、その結果を捕捉する方法です。この方法では、SegFaultが発生するコードを別のPythonスクリプトとして実行し、その戻り値を確認することで、SegFaultの発生を検知します。

手順1-1（具体的なステップ）

Pythonスクリプトの作成: SegFaultを発生させるコードを含むスクリプトを作成します。以下はその例です。

dangerous_child.pyという名前で次の内容を保存します。

   import faulthandler
   import time

   faulthandler.enable()  # スタックトレースを出力する

   def cause_segfault():
       import ctypes
       ctypes.string_at(0)  # 不正なメモリにアクセス

   i = 0
   while True:
       print("everything is fine ...")
       time.sleep(1)
       i += 1
       if i == 5:
           print("going to segfault!")
           cause_segfault()

親プロセススクリプトの作成: 上記のスクリプトを呼び出す親プロセススクリプトを作成します。こちらはparent_handler.pyという名前で保存します。

   import subprocess

   SEGFAULT_PROCESS_RETURNCODE = -11

   try:
       subprocess.run(["python3", "-m", "dangerous_child"], check=True)
   except subprocess.CalledProcessError as err:
       if err.returncode == SEGFAULT_PROCESS_RETURNCODE:
           print("probably segfaulted")
       else:
           print(f"crashed for other reasons: {err.returncode}")
   else:
       print("ok")

手順1-2（詳細な操作方法）

上記のコードをそれぞれのファイルに保存します。
ターミナルを開き、parent_handler.pyを実行します。

   python3 parent_handler.py

実行すると、5秒後にSegFaultが発生し、親プロセスがその結果を捕捉します。

注意点とトラブルシューティング

faulthandlerを有効にすることで、SegFault発生時にスタックトレースが出力されます。これにより、デバッグが容易になります。
スクリプトが予期せず終了する場合、PythonやC拡張モジュールのバージョンを確認してください。

解決方法2（代替手段）

もし上記の方法がうまくいかない場合、faulthandlerモジュールを直接利用する方法もあります。このモジュールは、SegFault発生時のデバッグ情報を出力するために使用されます。

以下のように、faulthandlerを使用することができます。

import faulthandler

faulthandler.enable()  # スタックトレースを出力

これをプログラムの先頭に追加することで、SegFaultが発生した際にスタックトレースがコンソールに表示されます。ただし、この場合、SegFault自体を捕捉することはできませんが、問題の原因を特定する手助けになります。

解決方法3（上級者向け）

より技術的なアプローチとして、C言語で書かれたライブラリのコードを修正することも考えられます。これには、C言語の知識やコンパイラの使い方が必要です。

C言語でのメモリ管理を適切に行うことで、SegFaultの発生を防ぐことができます。
特に、ポインタの初期化やメモリの解放に注意を払いましょう。

エラーの予防方法

SegFaultを未然に防ぐためには、以下のような対策が有効です。

コードレビュー: 特にC拡張モジュールに対して、他の開発者によるコードレビューを行い、バグを早期に発見します。
ユニットテスト: 機能ごとにユニットテストを作成し、メモリ管理が適切に行われているか確認します。
メモリツールの利用: Valgrindなどのメモリチェックツールを使って、メモリリークや不正なメモリアクセスを検出します。

まとめ

本記事では、PythonにおけるSegmentation Fault（SegFault）の捕捉方法について解説しました。SegFaultは致命的なエラーですが、適切な手法を用いることでその発生を検知し、原因をデバッグすることが可能です。特に、subprocessを用いた手法は実用的であり、SegFaultの発生を明確に把握する手助けとなります。次のステップとして、実際に自分のプログラムで試してみることをおすすめします。

How to catch SegFault in Python as exception? の解決方法【2025年…