如何用PyBind11将C++类转为Python可用数据类型并支持回调？

1. 基础C++类绑定到Python #

先定义你的C++ Dog 类，再通过pybind11将其暴露为Python可调用的类：

C++ 侧代码 #

#include <string>
#include <iostream>
#include <pybind11/pybind11.h>

namespace py = pybind11;

// 自定义C++类
class Dog {
private:
    std::string name;
public:
    Dog(std::string n) : name(std::move(n)) {}
    void bark() const {
        std::cout << name << " says: Woof!" << std::endl;
    }
    std::string get_name() const {
        return name;
    }
};

// 绑定模块
PYBIND11_MODULE(myextension, m) {
    // 将Dog类绑定到Python模块，类名为"Dog"
    py::class_<Dog>(m, "Dog")
        .def(py::init<std::string>())  // 暴露构造函数（接收字符串参数）
        .def("bark", &Dog::bark)       // 暴露bark方法
        .def("get_name", &Dog::get_name);  // 暴露get_name方法
}

编译后，Python中可直接使用该类：

import myextension

# 创建Dog实例
my_dog = myextension.Dog("Buddy")
# 调用类方法
my_dog.bark()  # 输出: Buddy says: Woof!
print(my_dog.get_name())  # 输出: Buddy

2. 实现Python回调接收C++类实例 #

要让Python回调函数接收Dog实例，C++侧只需直接传递对象给Python可调用对象，pybind11会自动处理类型转换。

C++ 侧新增回调触发函数 #

在绑定模块中添加触发回调的函数，将Dog实例传递给Python回调：

// 触发Python回调的函数
void trigger_dog_callback(py::object callback) {
    // 创建一个Dog实例
    Dog max_dog("Max");
    // 直接将Dog实例传入Python回调
    callback(max_dog);
}

// 更新模块绑定
PYBIND11_MODULE(myextension, m) {
    py::class_<Dog>(m, "Dog")
        .def(py::init<std::string>())
        .def("bark", &Dog::bark)
        .def("get_name", &Dog::get_name);

    // 绑定触发回调的函数
    m.def("trigger_dog_callback", &trigger_dog_callback, "Pass a Dog instance to Python callback");
}

Python 侧定义回调函数 #

直接定义接收myextension.Dog类型的函数，调用其方法：

import myextension

def make_dog_bark(dog):
    // 验证参数类型
    if isinstance(dog, myextension.Dog):
        print(f"Making {dog.get_name()} bark...")
        dog.bark()

// 调用C++侧函数，传入回调
myextension.trigger_dog_callback(make_dog_bark)

运行后输出：

Making Max bark...
Max says: Woof!

关键注意事项 #

• 与vector转py::array的手动转换不同，自定义类的实例传递由pybind11自动处理，无需手动序列化/转换。
• 如果C++侧传递的是动态分配的Dog指针（比如new Dog("Max")），需要指定所有权策略避免内存泄漏：

  callback(py::cast(new Dog("Max"), py::return_value_policy::take_ownership));
  

  这样Python会负责管理该对象的内存。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Tommy Wolfheart