巧用 pybind11 实现 Python 中的隐式转换，简化跨语言编程

用 pybind11 巧妙实现 Python 中的隐式转换

引言

在 Python 中使用 C++ 库时，经常需要在两种语言之间转换数据。而隐式转换可以简化这种转换，让代码更加简洁和直观。本文将通过一个实际例子，深入剖析如何利用 pybind11 实现 Python 中简单结构的隐式转换或构造函数。

隐式转换的需求

我们从一个简单的 C++ 结构 MyType 开始，它包含两个 double 类型成员 a 和 b。现在，我们希望可以在 Python 中使用 MyType 对象，并能够隐式地将 Python 列表转换为 MyType 对象。

struct MyType {
    double a;
    double b;
};

void func(size_t foo, const MyType& bar) {
    // ...
}

pybind11 的实现

为了在 Python 中使用 MyType 和隐式转换，我们需要使用 pybind11 将 C++ 代码绑定到 Python。以下是实现步骤：

1. 绑定结构和函数

首先，使用 pybind11 的 py::class_ 绑定 MyType 结构和 func 函数：

py::class_<MyType>(module, "MyType")
    .def(py::init<double, double>())
    .def(py::init([](const std::array<double, 2>& ab) { return MyType({ab[0], ab[1]}); }))
    .def_readwrite("a", &MyType::a)
    .def_readwrite("b", &MyType::b);

module.def("func", &func);

2. 实现隐式转换

接下来，通过 py::implicitly_convertible 将 std::array<double, 2> 隐式转换为 MyType：

py::implicitly_convertible<std::array<double, 2>, MyType>();

使用隐式转换

现在，可以在 Python 中隐式地将列表转换为 MyType 对象：

from pymylib import MyType, func

obj = MyType(8.7, 5.6)  # 显式构造

func(47, obj)  # 正确
func(47, MyType([4.1, 7.8]))  # 正确
func(47, [4.1, 7.8])  # 隐式转换，无需显式构造

常见问题解答

Q1：为什么需要隐式转换？
隐式转换简化了在 Python 中使用 C++ 对象的过程，省去了显式构造对象的麻烦，让代码更加简洁。

Q2：py::init 和 py::implicitly_convertible 的区别是什么？
py::init 用于绑定构造函数，而 py::implicitly_convertible 用于实现隐式转换。

Q3：除了列表，还可以将其他类型隐式转换为 MyType 吗？
是的，可以将任何实现了 pybind11::buffer_protocol 接口的对象隐式转换为 MyType。

Q4：隐式转换会影响性能吗？
隐式转换通常不会显著影响性能，因为它们在 C++ 代码中实现，并且涉及轻量级的类型转换。

Q5：是否可以将 MyType 隐式转换为其他类型？
是的，可以使用 py::implicitly_convertible 实现 MyType 到其他类型的隐式转换。

结论

利用 pybind11 的 py::init 和 py::implicitly_convertible 函数，我们可以轻松地在 Python 中实现简单结构的隐式转换或构造函数。这大大简化了代码，并提高了开发效率。通过深入理解这些技术，您可以充分发挥 pybind11 的潜力，并在跨语言编程中游刃有余。