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@isy-nishida(西田 五郎)

Pythonで超シンプルWeb：実はCGIだけで動く話

Last updated at Posted at 2025-12-15

クラウド開発環境 PaizaCloud IDE （以下PaizaCloudと表記）を使って Hello World シリーズを書いています。今回はPython で CGI を試してみる という回です。Pythonの簡易サーバで HTTP と CGI を体験してみます。

PaizaCloudの具体的な利用方法は以下等を参考にしてください。
https://qiita.com/isy-nishida/items/4e9e49a83952b5eb46dd
クラウド開発環境PaizaCloudクラウドIDEのすすめ

🎯 目的
Webアプリを作ることではなく、
Web がどれだけシンプルな仕組みで動いているかを体験すること。

フレームワークを使うと見えなくなる
“Web の最小単位（HTTP & CGI）” をあえて自分の手で触ってみます。

📝 補足と前提について

本記事では、初学者の方向けに Web の仕組み（HTTP / CGI / フレームワーク）をできるだけシンプルに説明しています。正確さよりも「まず全体像がつかめること」を優先しているため、厳密な仕様や例外は意図的に省略しています。

より正確な技術仕様を調べたい場合は、HTTP RFC や各フレームワークの公式ドキュメントを参照してください。本記事はあくまで 最初の理解の足がかりとして読んでいただければ幸いです。

🌐 まず HTTP とは？（超概要）

HTTP（HyperText Transfer Protocol）は、
TCP/IP の「アプリケーション層」で動くテキスト通信のルール です。

  • ブラウザ → サーバへ 文字列でリクエスト
  • サーバ → ブラウザへ 文字列でレスポンス

つまり Web は本質的には

テキストの送受信

で動いています。

🌐 CGIとは？（Webの最小実装のひとつ）

CGI（Common Gateway Interface）は、

Webサーバが外部プログラムを実行し、
その標準出力を HTTPレスポンスとして返す仕組み

です。
つまり、

HTTPリクエスト → (CGI) → 標準出力 → HTTPレスポンス

という流れです。

🔍 HTTPリクエストは「環境変数」で渡される

例：

GET /cgi-bin/hello.py?name=nishida HTTP/1.1

CGIでは次のように渡されます：

HTTPの情報 CGIプログラムでの受け取り方
GETパラメータ 環境変数 QUERY_STRING
POSTデータ 標準入力（stdin）
Content-Type CONTENT_TYPE
Content-Length CONTENT_LENGTH

Webサーバが “HTTP → OSの入出力” に変換してくれる

というシンプルな構造です。

🔍 CGIプログラム → 「標準出力で HTTPレスポンスを返す」

最も重要なポイントです。

CGIプログラムは：

  • まず HTTPレスポンスヘッダ
  • 続いて 本文（HTMLなど）

を print するだけ です。

🐍 Pythonで最小のCGI（Hello Web）

ファイル名：hello.py

#!/usr/bin/env python3
import os

print("Content-Type: text/html\n")

query = os.environ.get("QUERY_STRING", "")

print("<html><body>")
print("<h1>Hello Python CGI</h1>")
print(f"<p>QUERY_STRING = {query}</p>")
print("</body></html>")

ポイント：

  • 先頭の Content-Type: が必須
  • QUERY_STRING で GETパラメータ取得
  • あとは print するだけ

📁 ディレクトリ構成

PaizaCloudのデフォルトでの例です。上記プログラムhello.pyを記述して保存します。

/home/ubuntu
 ├ hello.py
 └ cgi-bin/

🛠 Python CGI用にファイルを置く

mv hello.py cgi-bin/hello.py
chmod +x cgi-bin/hello.py

▶ Pythonの簡易サーバを起動する（CGI対応）

起動するのは、cgi-binの上のディレクトリです。
PaizaCloudの例では、/home/ubuntuです。

python3 -m http.server 8080 --cgi

🌍 ブラウザでアクセス（localhostの場合）

http://localhost:8080/cgi-bin/hello.py

※補足ですが、PaizaCloudで実行する場合は、PaizaCloudの地球アイコンであれば、localhostで起動出来ます。そこで表示されたURLを通常のブラウズにコピーして起動すれば外部のブラウザでも起動出来ます。

より詳細が必要な場合は、記事冒頭にも書いた通り、
以下のクラウド開発環境PaizaCloudクラウドIDEのすすめ の投稿を参考にしてください。
https://qiita.com/isy-nishida/items/4e9e49a83952b5eb46dd

PaizaCloudでのスクリーンショットの例
cgi1.png

GETパラメータつき：

http://localhost:8080/cgi-bin/hello.py?name=myname&lang=python

PaizaCloudでのスクリーンショットの例
cgi2.png

📌 実行結果（HTML）

ブラウザからからは画面上右クリックで、ページのソースを表示という流れで見えます。

<html><body>
<h1>Hello Python CGI</h1>
<p>QUERY_STRING = name=myname&lang=python</p>
</body></html>

📝【補足】#!/usr/bin/env python3 とは？

CGIプログラムの 1 行目に書く

#!/usr/bin/env python3

これは、このスクリプトを Python3 で実行してください という意味を持つ
“シバン行（shebang）”です。

CGI では Webサーバがスクリプトを 直接実行 するため、この行がないと正しく動かず、
500 Internal Server Error になりやすくなります。

✔ なぜ /usr/bin/env python3 を使うの？

Python3 のインストール場所は、環境によって次のように異なります。

  • /usr/bin/python3
  • /usr/local/bin/python3
  • ユーザー環境の ~/.local/bin/python3
  • Anaconda などの Python

そこで env を使うことで、

PATH（環境変数）から適切な python3 を自動的に探して実行してくれる

という利点があります。

✔ 一言でまとめると

#!/usr/bin/env python3 は
「どの環境でも Python3 を見つけて実行するための最も安全な書き方」
特に CGI では必須。

💡 Webの仕組みが腑に落ちるポイント

観点 Python CGIでの仕組み
HTTPレスポンスヘッダ print("Content-Type: text/html\n")
レスポンス本文 HTMLを print するだけ
GETパラメータ os.environ["QUERY_STRING"]
サーバとCGIプログラム 「環境変数＋標準出力」で通信

Webは「文字列を返すだけ」で動いている。
これを感じられれば今回のゴールは達成です。

❗ よくあるエラーと対処

✔ 403 Forbidden

chmod +x cgi-bin/hello.py

✔ 500 Internal Server Error

Content-Type の行が抜けている。

✔ 404 Not Found

URLが /cgi-bin/hello.py になっていない。

📝【注意】CGI が動かない原因が「改行コード（CRLF）」の場合

前項のエラーと原因は確認したけど、まだ、なぜか

  • file not found
  • No such file or directory
  • 500 Internal Server Error

といったエラーになる場合、
スクリプト自体は存在しているのに動かないことがあります。

その原因の一つが、
改行コードが CRLF（Windows形式）になっていることです。
pythonのWebサーバーの画面（ログ）に表示されるのでなぜかなと思った場合は確認してみてください。

🔍 なぜ改行コードでエラーになるのか？

補足で説明した、CGI スクリプトの先頭の **シバン行（shebang）**ですが。

#!/usr/bin/env python3

この行の末尾が CRLF（\r\n） になっていると、
Linux(Ubuntu) では次のように解釈されてしまいます。

/usr/bin/env python3\r

その結果、

「そんなファイルは存在しない」

と判断され、file not found エラーになります。

つまり、

Python が見つからないのではなく、
改行コードのせいで “別のコマンド名” として扱われている

という状態です。

🛠 対処方法：sed コマンドで改行コード（CRLF）を修正する

sed コマンドを使えば、
1行で CRLF → LF に変換できます。

実行例

sed -i 's/\r$//' post_form.py

複数ファイルまとめて変換する場合

sed -i 's/\r$//' cgi-bin/*.py

🔎 改行コードの確認方法（参考）

改行コードは file コマンドで確認できます。

file post_form.py

CRLF の場合、次のように表示されます。

with CRLF line terminators

✅ 修正後の確認ポイント

  • シバン行が正しく解釈される
  • chmod +x が正しく効く
  • CGI が正常に実行される

📌 ここでの改行コードに関するまとめ（重要）

  • CGI スクリプトは 改行コードに非常に敏感
  • Windows で作成 → Linux で実行する場合は特に注意
  • エラー内容が分かりにくく、原因に気づきにくい
  • CRLF 問題は環境依存トラブルの代表例

CGI が動かないときは、
まず「改行コード（CRLF）」を疑うのが実務的なコツです。

🏗️ フレームワークとは？ （今後の発展のために補足）

フレームワークとは？ そして CGI とどう関係するの？

今回やった CGI は、

  • HTTPリクエストを環境変数から読む
  • HTTPレスポンスを print で返す
    という Webの最小単位でした。

では、普段みんなが使っている Flask、Django、Rails、FastAPI、Laravel などの 「フレームワーク」は何をしているのでしょうか？

✔ フレームワークは “HTTPの面倒なところを全部まとめて管理してくれる仕組み”

フレームワークが内部でやっていることは実はシンプルです。

本質的な処理 CGIでの実装 フレームワークの内部
リクエストの解析 環境変数 QUERY_STRING を読む ルーターが /?id=1 を自動解析
POSTデータの読み込み 標準入力（stdin）を読む request.form["name"] のように扱える
HTTPレスポンス print("Content-Type: …") return jsonify(...) などで返す
HTML生成 print で手書き テンプレートエンジンで自動生成
ルーティング 自力でURLを判定 @app.get("/hello") で自動振り分け

つまり、

フレームワークは CGI の“面倒を全部ラップした層”

にすぎません。

✔ フレームワークを使っても、結局は「HTTP → プログラム → HTTP」だけで動いている

フレームワークがどれだけ高機能でも、内部では必ずこの流れになっています：

ブラウザ → HTTPリクエスト
              ↓
     （フレームワーク内部）
              ↓
プログラムの処理（Python/Rustなど）
              ↓
     （フレームワーク内部）
              ↓
ブラウザへ HTTPレスポンス

つまり、

フレームワークは Web を「楽に書くための道具」であり、
根本的な仕組みは CGI と全く同じ。

ということです。

🔍 なぜ今回 CGI を触る価値があるのか？

  • フレームワークを使うと HTTPの仕組みが“隠れる”
  • しかし本質は 文字列の入力と出力
  • CGI はそれを「生の形」で触らせてくれる
  • フレームワークのコードがなぜ動いているかが理解しやすくなる

たとえば FastAPI で：

@app.get("/hello")
def hello(name: str):
    return {"message": f"Hello {name}"}

と書けるのは、内部で

  • HTTPヘッダの解析
  • パラメータの抽出
  • JSON変換
  • レスポンス作成

を すべて肩代わりしてくれているからです。

✨ まとめ：CGIでWebの本質が見えると、フレームワークも理解しやすい

  • Webの基本は「リクエスト（入力）→ レスポンス（出力）」
  • CGIはその仕組みを最も“生の形”で触れる
  • フレームワークはその上にある便利な層
  • 中身の理解があると応用（Python・Rust・Django・FastAPI など）が早くなる

CGIを知る = Webフレームワークの“裏側”を一度見ておくこと
これはエンジニアとして非常に強い経験になります。

🎯 全体のまとめ

  • HTTPは TCP/IP のアプリケーション層で動くテキストプロトコル
  • CGI = 標準出力で HTTPレスポンスを返す仕組み
  • Pythonでも CGI は数行で書ける
  • Webの本質を“直接”体験できる
  • フレームワークの前に理解すると強い

「Webって、まずはこんなにシンプルなんだ。そしてその上にいろいろな追加仕様が乗っかってきた。」
と実感できればOKです。

次回の以下に続きます。
Python CGI その2 「名前＋ひとこと」をPOSTで受け取りファイル操作と検索を試す
https://qiita.com/isy-nishida/items/bbf0fe4a11d7986ea280

今回のCGIから、ファイル操作と検索で簡単なですが、「Webアプリの基礎」を作成してみます。
ありがとうございます。

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