C++如何为Python编写扩展模块_使用pybind11无缝连接C++与Python

pybind11可高效将c++代码暴露给python，仅需少量绑定代码即可封装函数和类。首先安装pybind11并配置支持C++11的编译器，接着在main.cpp中使用PYBIND11_MODULE宏注册add函数或Person类，再通过setup.py中的Pybind11Extension构建扩展模块，执行python setup.py build_ext –inplace生成动态库文件，最终在Python中直接导入调用，实现高性能混合编程。

想让Python调用C++代码提升性能？pybind11是目前最简洁高效的工具之一。它只需要少量C++代码，就能把C++类、函数、对象暴露给Python，实现近乎零成本的封装。整个过程无需编写繁琐的Python C API代码，也不用生成中间文件。

准备环境与基础依赖

使用pybind11前，先确保安装了必要的工具：

• 支持C++11或更高版本的编译器（如g++、clang++、MSVC）
• Python开发环境（含头文件）
• pybind11库：可通过pip安装：pip install pybind11

项目结构建议如下：

my_module/
├── main.cpp
└── setup.py

封装C++函数到Python

假设有一个简单的C++函数，计算两数之和：

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// main.cpp
#include

int add(int a, int b) {
return a + b;
}

PYBIND11_MODULE(my_add, m) {
m.doc() = “A simple add module”;
m.def(“add”, &add, “Add two integers”);
}

PYBIND11_MODULE宏定义了一个Python模块，第一个参数是模块名（编译后为my_add.so或my_add.pyd），第二个参数是模块对象m，通过它注册函数。

使用setuptools构建模块

编写setup.py来编译扩展：

from setuptools import setup, Extension
from pybind11.setup_helpers import Pybind11Extension, build_ext

ext_modules = [
Pybind11Extension(
“my_add”,
[“main.cpp”],
),
]

setup(
name=”my_add”,
ext_modules=ext_modules,
cmdclass={“build_ext”: build_ext},
)

运行命令编译：python setup.py build_ext –inplace，生成的my_add.so即可在Python中导入。

测试一下：

import my_add
print(my_add.add(3, 4)) # 输出 7

导出C++类

pybind11也能轻松导出类。例如定义一个Person类：

// main.cpp 中新增
class Person {
public:
Person(const std::String &name, int age) : name(name), age(age) {}
void setName(const std::string &n) { name = n; }
std::string getName() const { return name; }
int getAge() const { return age; }
private:
std::string name;
int age;
};

PYBIND11_MODULE(my_add, m) {
pybind11::class_(m, “Person”)
.def(pybind11::init<:string int>())
.def(“setName”, &Person::setName)
.def(“getName”, &Person::getName)
.def(“getAge”, &Person::getAge);
}

现在可以在Python中创建和操作Person对象：

p = my_add.Person(“Alice”, 30)
print(p.getName()) # Alice

基本上就这些。pybind11还支持STL容器自动转换、异常传递、Lambda函数绑定等高级特性，但核心流程始终清晰简单。只要写好C++逻辑，几行绑定代码就能让它在Python里跑起来。