《人生苦短，我用python·四》pybind11多场景使用

引言
Pybind11作为一个强大的工具，不仅可以轻松地将简单的C++函数和类暴露给Python，还可以处理更复杂的场景，比如支持C++标准库容器、处理C++异常、以及自定义数据结构的转换。本文将深入介绍Pybind11的一些高级用法，帮助你在实际项目中更好地利用C++和Python的结合。

本文介绍了Pybind11的一些高级用法，包括如何支持C++标准库容器、处理C++异常以及自定义数据结构的转换。这些技巧可以帮助你在实际项目中更灵活地使用C++和Python的结合，充分发挥两者的优势

1. 支持C++标准库容器
C++标准库容器如std::vector、std::map等，在Pybind11中同样可以被支持。让我们看一个例子，演示如何在Python中使用std::vector。

创建一个名为vector_example.cpp的文件：

#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/stl.h>

std::vector<int> create_vector(int n) {
    std::vector<int> vec(n);
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        vec[i] = i;
    }
    return vec;
}

PYBIND11_MODULE(vector_example, m) {
    m.def("create_vector", &create_vector, "Create a vector of integers from 0 to n-1");
}

在Python中使用这个模块：

import vector_example

vec = vector_example.create_vector(10)
print(vec)  # 输出：[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

2. 处理C++异常
在C++中，异常是处理错误的重要机制。Pybind11允许我们将C++异常转换为Python异常，从而在Python中捕获和处理。

创建一个名为exception_example.cpp的文件：

#include <pybind11/pybind11.h>

int divide(int a, int b) {
    if (b == 0) {
        throw std::runtime_error("Division by zero");
    }
    return a / b;
}

PYBIND11_MODULE(exception_example, m) {
    m.def("divide", &divide, "Divide two numbers");
}

在Python中使用这个模块并处理异常：

import exception_example

try:
    result = exception_example.divide(10, 0)
except RuntimeError as e:
    print(f"Caught an exception: {e}")

3. 自定义数据结构的转换
有时我们需要在Python和C++之间传递自定义的数据结构。Pybind11允许我们通过type_caster机制来实现这一点。

创建一个自定义数据结构Point，并编写转换代码。创建一个名为point_example.cpp的文件：

#include <pybind11/pybind11.h>

struct Point {
    int x;
    int y;
};

namespace pybind11 { namespace detail {
    template <> struct type_caster<Point> {
    public:
        PYBIND11_TYPE_CASTER(Point, _("Point"));

        bool load(handle src, bool) {
            if (!src) return false;
            auto obj = reinterpret_borrow<dict>(src);
            value.x = obj["x"].cast<int>();
            value.y = obj["y"].cast<int>();
            return true;
        }

        static handle cast(Point src, return_value_policy /* policy */, handle /* parent */) {
            dict d;
            d["x"] = src.x;
            d["y"] = src.y;
            return d.release();
        }
    };
}}

Point add_points(const Point &a, const Point &b) {
    return {a.x + b.x, a.y + b.y};
}

PYBIND11_MODULE(point_example, m) {
    pybind11::class_<Point>(m, "Point")
        .def(pybind11::init<>())
        .def_readwrite("x", &Point::x)
        .def_readwrite("y", &Point::y);

    m.def("add_points", &add_points, "Add two points");
}

在Python中使用这个模块：

import point_example

p1 = point_example.Point()
p1.x = 3
p1.y = 4

p2 = point_example.Point()
p2.x = 5
p2.y = 6

p3 = point_example.add_points(p1, p2)
print(f"({p3.x}, {p3.y})")  # 输出：(8, 10)