使用pybind11可将C++代码封装为Python模块，通过编写绑定代码并编译为共享库，实现高效调用。首先安装pybind11并获取头文件路径，然后在C++中定义函数和类，并使用PYBIND11_MODULE宏导出；接着通过g++或CMake编译生成模块文件；最后在Python中直接导入使用。支持STL容器、异常映射、默认参数及NumPy集成等高级特性，使C++功能在Python中如原生模块般运行。
用 C++ 结合 pybind11 封装库供 Python 调用，是实现高性能混合编程的常用方式。pybind11 是一个轻量级头文件库，能将 C++ 函数、类、变量等自然地暴露给 Python，且语法简洁，兼容 C++11 及以上标准。
安装 pybind11
使用 pybind11 前需确保已安装。推荐通过 pip 安装：
pip install pybind11
开发时还需包含其头文件。若通过 pip 安装，可通过以下命令查看头文件路径：
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python -m pybind11 --includes
该命令输出编译时需添加的 include 路径，如 -I/usr/include/python3.8 和 -I/path/to/pybind11/include。
编写简单的 C++ 封装代码
创建一个 C++ 文件（例如 example.cpp），封装一个加法函数和一个简单类：
#include <pybind11/pybind11.h>
#include <string>
<p>int add(int a, int b) {
return a + b;
}</p><p>class Calculator {
public:
explicit Calculator(const std::string& name) : name<em>(name) {}
int multiply(int x, int y) {
return x * y;
}
std::string greet() const {
return "Hello from " + name</em>;
}
private:
std::string name_;
};</p><p>// 绑定模块
PYBIND11_MODULE(example, m) {
m.doc() = "A simple example module";</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">// 绑定函数
m.def("add", &add, "A function that adds two integers");
// 绑定类
pybind11::class_<Calculator>(m, "Calculator")
.def(pybind11::init<const std::string&>())
.def("multiply", &Calculator::multiply)
.def("greet", &Calculator::greet);}
编译生成 Python 模块
需要将 C++ 代码编译为 Python 可导入的共享库（.so 或 .pyd）。可使用 g++ 手动编译或借助 CMake。
方法一：使用 g++ 直接编译（适用于简单项目）
g++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC `python3 -m pybind11 --includes` example.cpp -o example`python3-config --extension-suffix`
说明：
- -shared：生成共享库
- -fPIC：生成位置无关代码
- python3 -m pybind11 --includes：自动获取包含路径
- python3-config --extension-suffix：确保生成的文件名符合当前 Python 版本（如 example.cpython-310-x86_64-linux-gnu.so）
方法二：使用 CMake（推荐用于复杂项目）
创建 CMakeLists.txt：
cmake_minimum_required(VERSION 3.10) project(example) <p>find_package(pybind11 REQUIRED)</p><p>pybind11_add_module(example example.cpp)</p>
然后执行：
mkdir build && cd build cmake .. && make
在 Python 中调用封装的模块
编译成功后，当前目录会生成 example.so（Linux/macOS）或 example.pyd（Windows）。在 Python 中直接导入：
import example
<p>print(example.add(2, 3)) # 输出: 5</p><p>calc = example.Calculator("MyCalc")
print(calc.greet()) # 输出: Hello from MyCalc
print(calc.multiply(4, 5)) # 输出: 20</p>支持高级特性（可选扩展）
pybind11 支持更多功能，如：
- STL 容器自动转换：vector、map 等可直接传递
- 异常处理：C++ 异常可映射为 Python 异常
- 默认参数、重载函数：支持函数重载与默认值
- NumPy 集成：通过 pybind11/eigen.h 或 numpy.h 支持数组高效传递
例如，支持 vector 的函数：
#include <pybind11/stl.h>
#include <vector>
<p>std::vector<int> filter_positive(const std::vector<int>& input) {
std::vector<int> result;
for (int x : input)
if (x > 0) result.push_back(x);
return result;
}</p><p>// 在 PYBIND11_MODULE 中添加
m.def("filter_positive", &filter_positive);</p>Python 中可直接传 list，返回 list。
基本上就这些。只要写好绑定代码，编译正确，就能在 Python 中像原生模块一样使用 C++ 功能。不复杂但容易忽略细节，比如文件命名和编译选项。
