C++/Python混合編程之小結(jié)Pybind11的使用
一、pybind11簡(jiǎn)單介紹
一些python和C++混編方案：
- Python官方的Python/C API, 缺點(diǎn)：所有數(shù)據(jù)類型必須手動(dòng)改為Cpython封裝的binding類型；
- Cython,編譯器支持python代碼轉(zhuǎn)為C代碼，缺點(diǎn)：移值和復(fù)用成本高
- SIWG 主要解決高級(jí)語言與C和C++語言交互問題，支持10幾種編程語言如java、python、C#等。在python端性能表現(xiàn)不太好
- Boost.Python 為C++中廣泛應(yīng)用的Boost開源庫,編譯和依賴關(guān)系繁重，如果只用于解決python的交互，大材小用了。
- pyind11 理解為Boost.Python的藍(lán)本，基于C++11應(yīng)用了很多新特性，Pybind11 通過 C++ 編譯時(shí)的自省來推斷類型信息，來最大程度地減少傳統(tǒng)拓展 Python 模塊時(shí)繁雜的樣板代碼， 且實(shí)現(xiàn)了常見數(shù)據(jù)類型，如 STL 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、智能指針、類、函數(shù)重載、實(shí)例方法等到 Python 的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，其中函數(shù)可以接收和返回自定義數(shù)據(jù)類型的值、指針或引用
簡(jiǎn)言之，Pybind11 是一個(gè)輕量級(jí)的 C++ 庫，用于將你的 C++ 代碼暴露給 Python 調(diào)用（反之也可，但主要還是前者）。Pybind11 借鑒了 Boost::Python 庫的設(shè)計(jì)，但使用了更為簡(jiǎn)潔的實(shí)現(xiàn)方式，保證開發(fā)效率和實(shí)用性。其幫助文檔鏈接如下：
官方文檔： pybind11 documentation
中文版本： 安裝庫 — pybind11 文檔
二、pybind11 環(huán)境準(zhǔn)備
1.配置環(huán)境說明
window10+ VS2017+python3.10（本電腦安裝了Anaconda是python3.10這個(gè)環(huán)境，也可以使用其它版本，window要求Visual Studio 2017 及更新版本）
2.安裝pybind11
方式1：直接下載源代碼 git clone GitHub - pybind/pybind11: Seamless operability between C++11 and Python
方式2：直接用pip命令安裝：pip install pybind11 或使用 pip3 install pybind11 (pip3同時(shí)會(huì)下載python3.0+版本)
查看python -m 默認(rèn)下載路徑：
直接指定存放目錄的下載方式：
python -m pip install pybind11 --target=D:\python\site-packages
下載的pybind11目錄如下:
三、python調(diào)用C++動(dòng)態(tài)庫測(cè)試?yán)?/h2>
底層邏輯：把C++中編寫的函數(shù)，用pybind封裝為調(diào)用的pyd庫，成功在python中import調(diào)用；
說明：pybind11 是只包含頭文件的庫，因此不需要鏈接到任何特殊的庫，也沒有中間（magic）轉(zhuǎn)換步驟。win系統(tǒng)上C++編程時(shí)只要包含到include路徑就行。注意要包含對(duì)應(yīng)的python庫目錄。
1.VS屬性配置
VS2017上新建項(xiàng)目，屬性中包含pybind 和python對(duì)應(yīng)的include目錄。 我使用的是conda中python3.10所以路徑不一樣。
附加庫目錄，增加python的庫目錄：
添加python的lib庫：
在工程屬性—>常規(guī)—>目標(biāo)文件擴(kuò)展名修改為.pyd，配置類型改為.dll
2.編寫綁定文件并測(cè)試
方法：使用PYBIND11_MODULE()將所有需要封裝的代碼都放在里面。
PYBIND11_MODULE() 宏創(chuàng)建了一個(gè)函數(shù)，當(dāng) Python 內(nèi)部發(fā)出 import 語句時(shí)將調(diào)用該函數(shù)。
第一個(gè)參數(shù)：模塊名（testPyd）作為第一個(gè)宏參數(shù)給出（它不應(yīng)該在引號(hào)中）。
第二個(gè)參數(shù)：m定義了類型的變量 py::module_ ，它是創(chuàng)建綁定的主接口。
module_::def() ：會(huì)生成綁定代碼，將 add() 函數(shù)公開給 Python。
CPP文件如下：
編譯生成文件：（生成的文件要和綁定模塊名稱一致）
其中，pyd文件是生成的動(dòng)態(tài)庫，可供給python調(diào)用。以下為python調(diào)用testPyd.pyd的add函數(shù)的測(cè)試結(jié)果：
如圖，在python中成功調(diào)用add函數(shù)。 注意運(yùn)行時(shí)一定要在有testPyd.pyd文件的目錄。
3.結(jié)構(gòu)體類型的綁定
在python中測(cè)試如下：
上面print(p)的信息沒有具體name，可以使用 __repr__函數(shù):
4.其它數(shù)據(jù)類型
可以查看幫助文檔，按照上面的方式綁定到模塊中。如果C++文件中代碼調(diào)用了第三方dll庫，在python中調(diào)用時(shí)，需要把dll文件放在py文件運(yùn)行目錄中
四、python調(diào)用C++的測(cè)試?yán)?/h2>
底層邏輯：pybind11 使用C++ 封裝了 Python 類型和函數(shù)，通過python解釋器可以供C++調(diào)用
1.編寫一個(gè)example.py文件：【我存放于工程目錄子文件夾python_scripts中】
2.編寫調(diào)用example模塊的C++main文件：
3.運(yùn)行測(cè)試main代碼
記得在屬性中把，輸出文件格式改為.exe。測(cè)試打印結(jié)果如下：
結(jié)果一致！
4.遺留問題
在初始化python環(huán)境時(shí)，開始使用的是py::scoped_interpreter guard{};初始化方法，但這個(gè)方法報(bào)如下錯(cuò)誤，有檢測(cè)自己的環(huán)境配置都是正常，也按初始環(huán)境的打印設(shè)置了路徑，仍未解決。原因不明，暫時(shí)擱置在這里：
引發(fā)了未經(jīng)處理的異常:讀取訪問權(quán)限沖突。
this->m_ptr->**ob_type** 是 0xFFFFFFFFFFFFFFE7。
到此這篇關(guān)于C++/Python混合編程之小結(jié)Pybind11的使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)pybind11 c++混合編程python 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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