
#include <iostream>
#include <string>
#include <Python.h>
 
// C++代码
class MyClass {
public:
    void printMessage(const std::string& message) {
        std::cout << "Message: " << message << std::endl;
    }
};
 
int my_variable = 42;
void update_variable(int new_value) {
    my_variable = new_value;
}

1.3 打包工具代码-C++

编写myClassPy.cpp，这是打包的工具代码，该代码为包定义了四个方法：

实例化MyClass类
调用MyClass的printMessage方法
读取my_variable
更新my_variable（注意，这个更新只在Python环境下有效，不能对C++环境中的my_variable造成影响）


#include <Python.h>
#include "myclass.cpp"
#include "valueTest.cpp"
 
static PyObject* create_instance(PyObject* self, PyObject* args) {
    MyClass* myclass = new MyClass();
    return PyCapsule_New(myclass, "myclass", NULL);
}
 
static PyObject* print_message(PyObject* self, PyObject* args) {
    PyObject* capsule;
    const char* message;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "Os", &capsule, &message)) {
        return nullptr;
    }
 
    const char* name = PyCapsule_GetName(capsule);
    if (name == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    MyClass* instance = (MyClass*)PyCapsule_GetPointer(capsule, name);
    if (instance == nullptr) {
        return nullptr;
    }
 
    instance->printMessage(message);
    Py_RETURN_NONE;
}
 
static PyObject* get_variable(PyObject* self, PyObject* args) {
    return PyLong_FromLong(my_variable);
}
 
static PyObject* set_variable(PyObject* self, PyObject* args) {
    int new_value;
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "i", &new_value)) {
        return NULL;
    }
 
    update_variable(new_value);
 
    Py_RETURN_NONE;
}
 
static PyMethodDef module_methods[] = {
    {"create_instance", create_instance, METH_NOARGS, "Create an instance of MyClass."},
    {"print_message", print_message, METH_VARARGS, "Print a message using MyClass."},
    {"get_variable", get_variable, METH_NOARGS, "Get the value of the variable."},
    {"set_variable", set_variable, METH_VARARGS, "Set the value of the variable."},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};
 
static struct PyModuleDef module_definition = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT,
    "myclass",
    "A module that exposes a C++ class.",
    -1,
    module_methods
};
 
PyMODINIT_FUNC PyInit_myclass(void) {
    return PyModule_Create(&module_definition);
}

1.4 打包工具代码-setup.py

新建setup.py，输入以下内容，其中version和author可省略：


from distutils.core import setup,Extension
 
MOD = 'myclass'
setup(name=MOD,
	version = '1.0',
	author = 'Eliza',
	ext_modules=[Extension(MOD,sources=['myClassPy.cpp'])])

1.5 打包过程

在管理员模式下运行PowerShell，运行以下语句：


python setup.py build
python setup.py install

如果没有报错，则可以看到，一开始的代码已经打包成了Python包，包名是myclass。

1.6 使用包

在python文件中输入以下代码并运行，以测试包的功能：


import myclass
 
value = myclass.get_variable()
print("first use value: %d" %value)
 
myclass.set_variable(233)
value = myclass.get_variable()
print("second use value: %d" %value)
 
instance = myclass.create_instance()
myclass.print_message(instance, "hello")

输出：

first use value: 42

second use value: 233

Message: hello

二、使用pybind11

官方文档对于基础用法给出了详细的示例，比本文列出的更广泛：

First steps - pybind11 documentation

Object-oriented code - pybind11 documentation

2.1 配置环境

与Linux环境不同，Windows环境下的pybind11的环境配置方法见该文章：【pybind11入门】Windows下为Python创建C++扩展|安装、CMake编译、调用 - 知乎 (zhihu.com)

官方给出的配置方法：Build systems - pybind11 documentation

我采用了CMake配置法，Windows环境下，使用pybind11为Python扩展C++分为以下步骤（具体操作参考链接）：

用pip安装pytest
```
pip install pytest
```
从github上获取pybind11，并通过cmake进行编译（最后一步可能报错，最后一步不能运行也没关系，只要不是严重错误就可以忽视）
```
git clone https://github.com/pybind/pybind11
cd pybind11
mkdir build
cd build
cmake ..
cmake --build . --config Release --target check
```
把pybind11复制到项目文件夹下
编写C++代码（见2.3节）
编写CMakeLists（见2.2节），通过cmake编译项目
```
mkdir build
cd build
cmake ..
```
用VS打开项目名.vcxproj 文件，点击生成→生成解决方案
从 build/Debug/ 目录下（注意：不是 Debug/ 目录下）找到项目名.xxx.pyd 文件，把文件名中间的 .xxx 删去，将文件复制到python代码相同目录下
编写python代码，通过 import 项目名导入包（见2.4节）
运行python代码

注意：修改C++代码之后，从第6步开始执行，以获取新的pyd文件。

2.2 CMakeLists

新建项目pybindTest，在项目根目录下新建CMakeLists.txt，内容如下：


cmake_minimum_required(VERSION 3.4)
project(pybindTest LANGUAGES CXX)
 
add_subdirectory(pybind11)
pybind11_add_module(pybindTest my_module.cpp)

2.3 C++代码

my_module.cpp，涉及如下操作：

全局变量
函数（支持默认参数）
类（支持带参方法、修改属性【即动态参数】）


#include <pybind11/pybind11.h>
#include <iostream>
#include <string>
 
namespace py = pybind11;
 
int my_variable = 42;
 
int add(int x, int y) {
    return x + y;
}
 
class MyClass {
public:
    MyClass(int x, int y) :m_x(x), m_y(y) {}
    void printMessage(const std::string& message) {
        std::cout << "Message: " << message << std::endl;
    }
    void printLocation() {
        std::cout << "Location: (" << m_x << ", " << m_y << ")" << std::endl;
    }
    std::string className = "Eliza";
private:
    int m_x, m_y;
};
 
PYBIND11_MODULE(pybindTest, m) {
    m.doc() = "test pybind11";
    //定义变量
    m.attr("name") = "Eliza";
    m.attr("age") = 108;
 
    //临时定义函数内容
    m.def("get_variable", []() {
        return my_variable;
        }, "get variable");
 
    m.def("set_variable", [](int value) {
        my_variable = value;
        }, "set variable");
 
    //事先定义函数内容，通过py::arg设置参数的默认值
    //只有前两个参数必填，后3个参数可不填
    m.def("add", &add, "A function that adds two numbers",
        py::arg("i") = 1, py::arg("j") = 2);
 
    //类，及其带参方法init和printMessage、动态参数name
    py::class_<MyClass>(m, "MyClass", py::dynamic_attr())
        .def(py::init<int, int>())
        .def("printMessage", &MyClass::printMessage)
        .def("printLocation", &MyClass::printLocation)
        .def_readwrite("name", &MyClass::className);//另一种写法：def_property()
}

2.4 Python代码


import pybindTest
 
print("name: ", pybindTest.name)
print("age: ", pybindTest.age)
 
value = pybindTest.get_variable()
print("Variable value: ", value)
 
pybindTest.set_variable(100)
new_value = pybindTest.get_variable()
print("New variable value: ", new_value)
 
addNum = pybindTest.add()
print("Default add result: ", addNum)
addNum = pybindTest.add(3, 4)
print("New add result: ", addNum)
 
myclass = pybindTest.MyClass(1, 3)
myclass.printLocation()
print("myclass name: ", myclass.name)
myclass.name = "Sera"
print("new myclass name: ", myclass.name)
myclass.printMessage("Hello")

输出：

name: Eliza
age: 108
Variable value: 42
New variable value: 100
Default add result: 3
New add result: 7
Location: (1, 3)
myclass name: Eliza
new myclass name: Sera
Message: Hello

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