如何用pybind11实现C++动态类型Map的Python自动类型推导get方法？

问题背景 #

我有一个C的Map类，可存储不同数据类型的条目。在C中，编译期无法确定条目的数据类型，因此必须使用模板访问器显式指定类型来获取值：

auto a = map.get<int>("my-int-entry");
auto b = map.get<std::string>("my-string-entry");

这个Map在运行时知晓每个条目的实际类型，因此希望在Python中调用a = map.get('my-int-entry')（返回int类型）、b = map.get('my-string-entry')（返回string类型）时，能自动根据运行时类型调用对应的C++模板方法get<int>或get<std::string>。

请问是否可直接通过pybind11实现该功能，还是需要编写纯Python函数来调用对应的C++映射函数？

解决方案 #

可以直接通过pybind11实现，无需额外编写纯Python包装函数。核心思路是在C++端新增一个非模板的重载get方法，让它根据运行时类型信息分发调用对应的模板get<T>，再通过pybind11将这个非模板方法暴露给Python。

具体实现步骤 #

1. 给C++ Map类添加非模板的Python适配方法
   在Map类中新增一个get_py方法，该方法根据内部存储的类型信息（比如用std::type_index标记类型），分支调用对应类型的模板get<T>，并返回pybind11::object类型（pybind11可直接将其转换为Python对象）。示例代码如下：

   #include <pybind11/pybind11.h>
   #include <pybind11/stl.h>
   #include <typeindex>
   #include <unordered_map>
   #include <any>
   #include <stdexcept>
   
   class Map {
   private:
       std::unordered_map<std::string, std::any> data_store;
       std::unordered_map<std::string, std::type_index> type_records;
   public:
       // 模板set方法，存储值并记录类型
       template <typename T>
       void set(const std::string& key, T value) {
           data_store[key] = std::move(value);
           type_records[key] = std::type_index(typeid(T));
       }
   
       // 模板get方法，供C++内部调用
       template <typename T>
       T get(const std::string& key) const {
           return std::any_cast<T>(data_store.at(key));
       }
   
       // 非模板方法，供pybind11暴露给Python
       pybind11::object get_py(const std::string& key) const {
           auto type_iter = type_records.find(key);
           if (type_iter == type_records.end()) {
               throw std::out_of_range("Key not exists");
           }
           const auto& entry_type = type_iter->second;
   
           if (entry_type == std::type_index(typeid(int))) {
               return pybind11::cast(get<int>(key));
           } else if (entry_type == std::type_index(typeid(std::string))) {
               return pybind11::cast(get<std::string>(key));
           }
           // 可扩展添加更多支持的数据类型分支
           throw std::runtime_error("Unsupported data type for this key");
       }
   };
   

2. 用pybind11绑定适配方法并命名为get
   在pybind11的模块绑定代码中，将get_py方法暴露为Python端的get方法，这样Python代码就可以直接调用map.get(key)：

   PYBIND11_MODULE(my_map_module, m) {
       pybind11::class_<Map>(m, "Map")
           .def(pybind11::init<>())
           .def("set", &Map::set<int>)
           .def("set", &Map::set<std::string>)
           // 按需绑定更多类型的set方法
           .def("get", &Map::get_py);
   }
   

效果验证 #

编译生成模块后，在Python中即可直接使用：

from my_map_module import Map

map = Map()
map.set("my-int-entry", 42)
map.set("my-string-entry", "hello")

a = map.get("my-int-entry")
print(type(a))  # 输出 <class 'int'>
b = map.get("my-string-entry")
print(type(b))  # 输出 <class 'str'>

如果你的Map类内部有自己的类型存储机制（而非示例中的std::any），只需调整get_py方法中的类型判断逻辑即可，核心是在C++层完成运行时类型的分发工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user3207838