pybind11：实现Python调用C++代码（入门）

pybind11简介

pybind11 是一个开源的 C++ 和 Python 之间的桥接工具，它旨在使 C++ 代码能够无缝地集成到 Python 环境中。pybind11 的设计目标是简化 C++ 与 Python 的互操作性，使开发者能够更轻松地将现有的 C++ 库/代码包装为可以在 Python 中使用的模块。

pybind11 是一个非常受欢迎和有用的 Python 软件包，尤其在将现有的 C++ 代码集成到 Python 环境中时非常有用。它得到了广泛的应用，在科学计算、机器学习、计算机图形学等领域都有很多使用案例。

pybind11安装和配置（Windows）

pybind11是个C++的header-only的库。因此无需安装，只需要有头文件即可。

这是pybind11的github：https://github.com/pybind/pybind11， 可以直到github下安装，或者用git克隆：

git clone https://github.com/pybind/pybind11 --depth=1

若输入上面指令出现 “SSL certificate problem: unable to get local issuer certificate” 缺少根证书的问题则使用指令：

git -c http.sslVerify=false clone https://github.com/pybind/pybind11 --depth=1

使得Git 克隆仓库时禁用 SSL 证书验证（该操作具有一定风险，确保仓库可信）

克隆后得到一个名为 “pybind11” 的文件夹，创建一个C++项目，在项目内将pybind作为一个外部库。用cmake管理，注意，官方文档中写到了 “On Windows, only Visual Studio 2017 and newer are supported.” 意思就是只有Vistual Studio 2017 或更高版本支持配置这个库

只能采用Vistual Studio的编译工具包括cmake，为了操作方便，我们在vscode中打开这个项目（vscode可以使用Vistual Studio的工具）

准备4个文件，一个是外部库Pybind11，一个是CMakeLists.txt文件，一个cpp文件，一个python文件。（先准备cmakelists文件和选择编译工具包）

CMakeLists.txt

# 版本号无关轻重
cmake_minimum_required(VERSION 3.23)

# 项目名称
project(tryPybind)

# 指定python解释器的位置
set(PYTHON EXECUTABLE "C:/Users/27966/AppData/Local/Programs/Python/Python311/python.exe")

# 添加pybind11到项目
add_subdirectory(extern/pybind11)

# pybind11的一个cmake函数 将tryPybind.cpp编译成一个C++模块，并绑定python，生成一个python可导入的拓展模块，"tryPybind"即为模块名
Pybind11_add_module(tryPybind tryPybind.cpp)

用vscode打开你准备好的项目后会提示你选择工具包

选择visual studio的第一个工具包

等待配置好后项目后直接点击生成即可（CMakeLists.txt文件和cpp文件（稍后介绍）没问题则能正确生成），在当前目录下就会自动生成一个build文件夹，文件夹里有个Debug文件夹 （也可能是Release 一样的用法），这里面生成了4个文件，其中：

.pyd是python的动态库

.exp是windows下面的导出库文件，它包含了导出函数和数据项的信息

.lib是windows下面的c++静态库

.pdb是Windows调试符号文件（若是release则没有这个文件）

这里面的pyd文件便能实现python代码中调用C++的代码的功能，下面是cpp文件的创建以绑定一个函数或类。

绑定一个C++函数

#include 
#include 
namespace py = pybind11;

//绑定一个函数
int add(int i, int j) {
    return i + j;
}

PYBIND11_MODULE(tryPybind, m) {
    m.def("add", &add);
}

这段的意思就是：

利用PYBIND11_MODULE这个宏，它接受两个参数。第一个tryPybind是模块名，第二个参数不用管，就m就行
m.def就是定义一个python中的函数，函数名为add，函数绑定到c++的add函数。

运行cmake生成build后，生成的pyd文件拖放到当前目录下（确保和py文件一个目录下），编写python脚本：

pyTry.py

import tryPybind

a = tryPybind.add(1, 2)

print(a)

输出：

3

这样就成功在python代码中调用了一个C++函数

绑定一个c++的类

直接把c++的源码改为：

tryPybind.cpp

#include 
#include 
namespace py = pybind11;

//绑定一个类
class SomeClass
{
    float scale;
public:
    SomeClass(float scale_) : scale(scale_) { };
    float multiply(float input) {
        float res =  scale * input;
        std::cout<<"res:"<<res<<std::endl;
        return res;
    }
};

PYBIND11_MODULE(tryPybind,m)
{
    py::class_<SomeClass>(m, "SomeClass")
        .def("multiply", &SomeClass::multiply)
        .def(py::init<float>());
}

这段的意思和上面大体相同，多出来的部分就是：

class_定义一下类名“SomeClass”
.def定义类函数（构造函数要单独用python的init定义）

同样的操作，cmake后得到一个pyd文件，拖放到当前目录，定义python脚本：

pyTry.py

import tryPybind

print(dir(tryPybind))
a = tryPybind.SomeClass(2.1)
a.multiply(2.0)

输出：

['SomeClass', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__']
res:4.2

这样就成功在python代码中调用了一个C++类