将 C++ 类实例暴露给 python 嵌入式解释器

Question

我正在寻找一种将 C++ 类实例公开给 python 嵌入式解释器的简单方法。

• 我有一个 C++ 库。这个库被包装了（暂时使用 swig），我可以从 python 解释器中使用它
• 我有一个 C++ 主程序，它从我的库中实例化一个 Foo 类并嵌入一个 python 解释器

我想将我的 Foo 的 C++ 世界实例公开给 python 世界（并被视为 Foo 类）。

这可能吗，如果可以，怎么做？

我认为这几乎就像在第一个答案中一样： boost::python::ptr or PyInstance_New usage

我想这意味着我应该使用boost.Python 来包装我的库？

我唯一的目标是在嵌入式 python 解释器中操作我的 Foo 的 C++ 实例（不确定是否可以使用以前的方法完成）。

希望我清楚，感谢您的帮助。

更新

感谢您的回答。事实上，我已经将我的 Foo 类暴露给了 python (with swig)。

我有什么：

我的 Foo 类：

class Foo{...};

我的包装库（包括 Foo 类）暴露给 python： 所以我可以启动 python 解释器并执行以下操作：

import my_module
foo=my_modulde.Foo()

我想要什么：

有一个 C++ 主程序，它嵌入了一个 python 解释器并操作 C++ 世界变量。

int main(int argc, char **argv)
{
    Foo  foo;   // instanciates foo

    Py_Initialize();

    Py_Main(argc, argv); // starts the python interpreter
                         // and manipulates THE foo instance in it

    Py_Finalize();

    return 0;
}

现在更清楚了吗？ :)

Answer 1

Boost python 允许您以非常紧密集成的方式将 c++ 类公开给 python - 您甚至可以包装它们，以便您可以从您的 c++ 类派生 python 类，并将虚拟方法解析为 python 覆盖。

boost python tutorial 是一个很好的起点。

---

_编辑：

您可以创建一个 c++ 对象并将对它的引用传递给内部 python 解释器，如下所示：

#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/make_shared.hpp>
#include <boost/python.hpp>
#include <string>
#include <iostream>

namespace bp = boost::python;

struct Foo{
    Foo(){}
    Foo(std::string const& s) : m_string(s){}
    void doSomething() {
        std::cout << "Foo:" << m_string << std::endl;
    }
    std::string m_string;
};

typedef boost::shared_ptr<Foo> foo_ptr;

BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
    bp::class_<Foo, foo_ptr>("Foo")
        .def("doSomething", &Foo::doSomething)
    ;
};

int main(int argc, char **argv)
{
    Py_Initialize();
    try {
        PyRun_SimpleString(
            "a_foo = None\n"
            "\n"
            "def setup(a_foo_from_cxx):\n"
            "    print 'setup called with', a_foo_from_cxx\n"
            "    global a_foo\n"
            "    a_foo = a_foo_from_cxx\n"
            "\n"
            "def run():\n"
            "    a_foo.doSomething()\n"
            "\n"
            "print 'main module loaded'\n"
        );

        foo_ptr a_cxx_foo = boost::make_shared<Foo>("c++");

        inithello();
        bp::object main = bp::object(bp::handle<>(bp::borrowed(
            PyImport_AddModule("__main__")
        )));

        // pass the reference to a_cxx_foo into python:
        bp::object setup_func = main.attr("setup");
        setup_func(a_cxx_foo);

        // now run the python 'main' function
        bp::object run_func = main.attr("run");
        run_func();
    }
    catch (bp::error_already_set) {
        PyErr_Print();
    }

    Py_Finalize();

    return 0;
}

Answer 2

作为参考，以下是使用pybind11 实现此目的的方法：

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

// Define C++ class "Foo"
class Foo {
    std::string s_;
public:
    Foo(const std::string &s) : s_(s) {}
    void doSomething() { std::cout << s_ << std::endl; }
};
typedef std::shared_ptr<Foo> FooPtr;

// Define Python module "bar" and Python class "bar.Foo" wrapping the C++ class
PYBIND11_MODULE(bar, m) {
    py::class_<Foo, FooPtr>(m, "Foo")
        .def("doSomething", &Foo::doSomething);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    // Create a C++ instance of Foo
    FooPtr foo = std::make_shared<Foo>("Hello, World!");

    // Initialize Python interpreter and import bar module
    PyImport_AppendInittab("bar", PyInit_bar);
    Py_Initialize();
    PyRun_SimpleString("import bar");

    // Make C++ instance accessible in Python as a variable named "foo"
    py::module main = py::module::import("__main__");
    main.attr("foo") = foo;

    // Run some Python code using foo
    PyRun_SimpleString("foo.doSomething()");

    // Finalize the Python interpreter
    Py_Finalize();
    return 0;
}

Answer 3

我知道这是一个老问题，但这里有一个使用 SWIG 的解决方案。

foo.h:

#pragma once
#include <string>

struct Foo{
  Foo();
  Foo(std::string const& s);
  void doSomething();
  std::string m_string;
};

foo.cpp:

#include "foo.h"
#include <iostream>

Foo::Foo() {}

Foo::Foo(std::string const& s) : m_string(s) {}

void Foo::doSomething() {
  std::cout << "Foo:" << m_string << std::endl;
}

foo.i:

%module module
%{
  #include "foo.h"
%}

%include "std_string.i"
%include "foo.h"

与运行时一起生成常用的 SWIG 包装器

swig -python -c++ -Wall foo.i
swig -python -c++ -Wall -external-runtime runtime.h

生成包含struct Foo 的 SWIG 模块：

g++ -fPIC -Wall -Wextra -shared -o _module.so foo_wrap.cxx foo.cpp -I/usr/include/python2.7 -lpython2.7

如果您想跨多个模块共享类型信息，可以添加参数-DSWIG_TYPE_TABLE=SomeName。

现在，Foo 的 C++ 实例是如何传递给解释器的

#include "foo.h"
#include <Python.h>
#include "runtime.h"

int main(int argc, char **argv) {
  Py_Initialize();

  PyObject* syspath = PySys_GetObject((char*)"path");
  PyObject* pName = PyString_FromString((char*) ".");
  int err = PyList_Insert(syspath, 0, pName);
  Py_DECREF(pName);

  err = PySys_SetObject((char*) "path", syspath);

  PyObject *main, *module, *pInstance, *run, *setup;

  try {
    main = PyImport_ImportModule("__main__");
    err = PyRun_SimpleString(
        "a_foo = None\n"
        "\n"
        "def setup(a_foo_from_cxx):\n"
        "    print 'setup called with', a_foo_from_cxx\n"
        "    global a_foo\n"
        "    a_foo = a_foo_from_cxx\n"
        "\n"
        "def run():\n"
        "    a_foo.doSomething()\n"
        "\n"
        "print 'main module loaded'\n");

    // Load Python module
    module = PyImport_ImportModule("module");

    swig_type_info *pTypeInfo = nullptr;
    pTypeInfo = SWIG_TypeQuery("Foo *");

    Foo* pFoo = new Foo("Hello");
    int owned = 1;
    pInstance =
        SWIG_NewPointerObj(reinterpret_cast<void*>(pFoo), pTypeInfo, owned);

    setup = PyObject_GetAttrString(main, "setup");

    PyObject* result = PyObject_CallFunctionObjArgs(setup, pInstance, NULL);
    Py_DECREF(result);

    run = PyObject_GetAttrString(main, "run");

    result = PyObject_CallFunctionObjArgs(run, NULL);
    Py_DECREF(result);
  }
  catch (...) {
    PyErr_Print();
  }

  Py_DECREF(run);
  Py_DECREF(setup);
  Py_DECREF(pInstance);
  Py_DECREF(module);
  Py_DECREF(main);

  Py_Finalize();
  return 0;
}

以上可以通过以下方式编译：

g++ -Wall -Wextra -I/usr/include/python2.7 main.cpp foo.cpp -o main -lpython2.7