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使用pybind11开发可供python使用的c++扩展模块

news 来源：原创 2025/9/17 9:14:56

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】这篇文章是我自己学习过程的记录，文章发完后我试了一下，只做第二部分和第五部分居然就能够生成可以移植到任意python项目中使用的c++扩展模块了。当然，这有可能是因为我的电脑上已经做过全过程操作使得第一三四部分在开发类似项目的时候可以免除了。各位在参阅此文进行操作的时候可以先试试只做第二部分与第五部分，看能不能够成功。我猜测只要装了VS（安装过程中它会自动配置好编译链接工具），应该就只需要第二部分和第五部分即可，写完c++模块就可以直接构建分发了。

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，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，之后形成了如下结果：

#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/st

第一部分：pybind11安装

第二部分：编写扩展模块的c++代码

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