使用pybind11开发可供python使用的c++扩展模块

yivifu

已于 2025-04-12 15:28:33 修改

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文章标签： python 开发语言

于 2025-04-10 11:56:24 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/yivifu/article/details/147107453

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在做紫微斗数程序的时候用到了padas库，不过也只用了它下面几个功能：

1、读入csv文件，构造DataFrame;

2、通过行列标题查找数据；

3、通过行标题读取一行数据。

用这几个功能却导入了pandas、numpy、dateutil、pytz等一堆库，多少有点划不来，于是想用c++开发一个实现这几个功能的库供紫微斗数程序使用。按照AI的提示和网上搜索到的文章来了一番操作，结果硬是没成功，最后是微软的visual studio官方文档给了我启发，最终弄清了操作过程。如果想使用visual studio（注意没有code，是完整的IDE）开发python和c++，那么按下面的文档操作肯定可以成功（虽然文档中有些内容可能跟你所使用的VS版本有些差异，但稍微摸索一下肯定能解决）：

编写 Python 的 C++ 扩展 - Visual Studio (Windows) | Microsoft Learn

但是，如果不想安装visual studio（规模实在有点太大），或者仅仅是不能忍受微软官方文档的拖沓风格，就可以参阅本文。

【补充说明】如果不想了解有关编写CMakelists.txt文件的信息，可直接参阅简明使用pybind11开发pythonc++扩展模块教程-优快云博客进行开发，不必继续阅读本文。

第一部分：pybind11安装

开发python的c++扩展模块可以使用的工具有很多，根据AI的回答，最推荐的是pybind11，实际上，pybind11确实是需要添加的模板代码最少、对c++文件的修改最为容易的。要使用pybind11，首先就是要安装它。安装有全局安装和作为项目的子模块安装两类。

全局安装方面，有两种方法：

1、pip install pybind11

2、手动下载并配置 pybind11：

2.1、下载 pybind11 的源代码：

git clone https://github.com/pybind/pybind11.git

2.2、创建构建目录并进入：

cd pybind11
mkdir build
cd build

2.3配置和安装 pybind11：

cmake -DPYBIND11_TEST=OFF ..
cmake --build . --config Release --target install

构建过程中，如果没有安装VS，那么可能出现nmake方面的错误，这时只需要将2.3的第一个命令加上-G "MinGW Makefiles"选项，使用mingw32-make来构建（当然，这需要先下载并解压mingw工具，并将其bin目录加入path环境变量以方便实用，github有mingw64项目的托管网址），即改成（注意命令行末尾的点，两个表示上级目录，因为现在已经进入了build目录，执行这条命令生成makefile需要到上级目录找pybind11的CMakeLists.txt。执行这条命令生成的makefile则在build目录中，所以上面2.3的第二条命令的--build选项下就只有一个点了，表示在当前目录下查找makefile）：

cmake -G "MinGW Makefiles" -DPYBIND11_TEST=OFF ..

将pybind11作为自己项目的子模块安装，需要在项目工作目录下执行以下命令：

git init
git submodule add https://github.com/pybind/pybind11.git

然后在工作目录下的CMakeLists.txt文件中添加：

add_subdirectory(pybind11)

上面的安装方式各有优劣，其中手动安装方式往往可以在配置文件没有明确指定pybind11依赖路径时也能成功编译。

第二部分：编写扩展模块的c++代码

接下来可以准备c++扩展模块的代码编写了。pybind11中的“11”的意思，是c++标准c++11，所以c++代码最好用符合c++11标准的语法及数据类型等。我已经几十年不用c++写代码了，读还勉强，写就效率很低甚至根本写不出来，怎么办？没关系，现在有AI，我对AI说：

请生成一个c++类，让它具有以下方法：
1、方法 1：读取一个csv文件，将文件第一行数据当做列标题，第一列当做行标题，用第二行开始的所有数据构建一个map并返回；
2、方法 2：按行标题和列标题查找数据，并返回查到的数据；
3、方法 3：根据行标题返回一行数据（不包括行标题）；
4、方法 4：根据列标题返回一列数据；
5、方法 5：返回列标题。
将以上方法公开到pybind11中并导出。

然后AI就给我生成了一个c++文件，之后我又有新的想法向AI提出并由AI给出代码修改，我按后面介绍的编译步骤进行编译，并根据错误提示（错误很少）对c++文件进行修改，最后形成了如下结果：

#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/stl.h>
#include <pybind11/complex.h>
#include <pybind11/functional.h>
#include <pybind11/chrono.h>
#include &