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使用pybind11封装C++API

news 2025/8/11 13:06:41

背景

爱写c++的小H写了一段时间python之后想到：听说C++程序性能高，能不能把C++和python联动在一起使用呢，于是他开始学习。

很快，他就找到了一个名为pybind11的库，开始在ai的辅助下学习怎么使用。

pybind11

将 C++ 函数、类、数据结构暴露给 Python，让 Python 可以像调用原生函数一样使用它们；
在 C++ 中调用 Python 代码、操作 Python 对象（如列表、字典等）。

本次主要讨论如何在python中使用C++封装的函数、对象等。

使用

首先在环境中引入此库:

pip install pybind11

给出一个想要封装的C++源程序func.cpp，其中提供了一个函数还有一个类，该有的头文件记得添加进去：

#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/stl.h>  // 支持STL容器
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>// 基础函数
int fast_add(int a, int b) {int ans=0;for(int i=0;i<10000;i++){ans+=a+b;}return ans;
}// 简单的类示例
class Calculator {
public:Calculator(double initial_value = 0.0) : value(initial_value) {}void add(double x) { value += x; }void multiply(double x) { value *= x; }double get_value() const { return value; }void reset() { value = 0.0; }private:double value;
};

接下来就是pybind11的部分了，func.cpp中创建绑定宏：

// pybind11绑定
PYBIND11_MODULE(func, m) {m.doc() = "Fast C++ functions for Python";// 基础函数m.def("fast_add", &fast_add, "A function that adds two integers");// 绑定Calculator类pybind11::class_<Calculator>(m, "Calculator").def(pybind11::init<>()).def(pybind11::init<double>()).def("add", &Calculator::add).def("multiply", &Calculator::multiply).def("get_value", &Calculator::get_value).def("reset", &Calculator::reset);
}

m是一个任意名的形参，首先使用doc填充模块文档，函数的绑定比较简单，就是函数名，引用，相关描述；对于类成员，首先绑定该类，然后绑定方法和成员，这些在python文件引入后都可以通过对象方法和绑定的名称来调用。

接下来我们使用setup.py来编译这个cpp源代码文件：

from pybind11.setup_helpers import Pybind11Extension, build_ext
import pybind11
from setuptools import setup# 定义扩展模块
ext_modules = [Pybind11Extension("func",  # 模块名["func.cpp"],  # 源文件include_dirs=[# pybind11的头文件路径pybind11.get_include(),],language='c++'),
]setup(name="func-cpp-extension",ext_modules=ext_modules,cmdclass={"build_ext": build_ext},zip_safe=False,python_requires=">=3.6",packages=[],  # 明确指定不包含Python包py_modules=[],  # 明确指定不包含Python模块
)

还是先激活环境，然后输入运行，之后会产生一个对应的pyd（windows上）文件

python setup.py build_ext --inplace

再给出一份测试文件，来引入我们编译出的模块是否可以使用

import funcdef main():result1 = func.fast_add(10, 20)print(f"   fast_add(10, 20) = {result1}")# 测试Calculator类print("\n3. Calculator类测试:")calc = func.Calculator(10.0)print(f"   初始值: {calc.get_value()}")calc.add(5.0)print(f"   加5后: {calc.get_value()}")calc.multiply(2.0)print(f"   乘2后: {calc.get_value()}")calc.reset()print(f"   重置后: {calc.get_value()}")print("\n" + "=" * 50)print("所有C++函数调用成功！")if __name__ == "__main__":main()