《掌握 Pybind11：Python/C++ 类型系统映射与类导出技巧》

Pybind11 中的类绑定

1. 基本类绑定示例

#include <pybind11/pybind11.h>
namespace py = pybind11;

class Pet {
public:
    Pet(const std::string &name) : name(name) {}
    void setName(const std::string &name_) { name = name_; }
    const std::string &getName() const { return name; }
private:
    std::string name;
};

PYBIND11_MODULE(example, m) {
    py::class_<Pet>(m, "Pet")
        .def(py::init<const std::string &>())
        .def("setName", &Pet::setName)
        .def("getName", &Pet::getName);
}

2. 类绑定高级特性

1. 构造函数重载：

.def(py::init<const std::string &>())
.def(py::init<>())  // 默认构造函数

2. 成员变量绑定：

.def_readwrite("name", &Pet::name)  // 读写访问
.def_readonly("name", &Pet::name)   // 只读访问

3. 静态成员：

.def_static("static_method", &Pet::staticMethod)

4. 继承：
   如果不声明继承，则需要手动绑定子类方法。

py::class_<Dog, Pet>(m, "Dog")  // Dog 继承自 Pet
    .def(py::init<const std::string &>());

3. 类型转换注意事项

Python 类型	C++ 类型	说明
None	std::nullptr_t	空值
bool	bool	布尔值
int	int, long, unsigned int, size_t	整数
float	float, double	浮点数
str	std::string, char*, std::string_view	字符串
bytes	std::string, char*, std::string_view	字节串
tuple	std::tuple<...>	元组
list	std::vector<...>, std::list<...>	列表
dict	std::map<...>, std::unordered_map<...>	字典
set	std::set<...>, std::unordered_set<...>	集合
function	std::function<...>	函数/可调用对象
object	py::object	通用 Python 对象
Any	py::object 或模板参数	任意类型
array.array	std::array<...>	固定大小数组
numpy.ndarray	py::array_t<...>	NumPy 数组
memoryview	py::memoryview	内存视图
slice	py::slice	切片对象
type	py::type	类型对象

1. 自动转换：Pybind11 会自动在 Python 和 C++ 类型之间进行转换。
2. 自定义类型：可以使用 py::class_ 绑定自定义 C++ 类型。
3. 类型检查：可以使用 py::isinstance<...>() 检查 Python 对象的类型。
4. 类型转换失败：如果转换失败，Pybind11 会抛出 py::cast_error 异常。
5. STL 容器：Pybind11 提供了对 STL 容器的自动转换支持，包括 std::vector, std::map 等。
6. NumPy 支持：通过 py::array_t 可以高效地与 NumPy 数组交互。
7. 智能指针：支持 std::shared_ptr, std::unique_ptr 等智能指针类型。