PyBind11传递Python子类至C++ RuleSet时动态类型丢失问题

我有一个C++类RuleSet，其中包含指向胜利条件的std::shared_ptr<VictoryRule>。VictoryRule是抽象类型，定义如下：

class VictoryRule {
 public:
  //! @brief Check if game is won by a team.
  //! @return the teamno of the team that won or team_t::no_team if nobody won.
  virtual std::vector<team_t> winners(const Game &game) = 0;
  //! @brief Default virtual destructor.
  virtual ~VictoryRule() = default;
};

我通过pybind11将该类暴露给Python，使用trampoline类PyVictoryRule支持Python子类化：

class PyVictoryRule : public VictoryRule {
 public:
  std::vector<team_t> winners(const Game &game) override {
    PYBIND11_OVERRIDE_PURE(std::vector<team_t>, VictoryRule, winners, game);
  }
};

注册代码：

pybind11::class_<VictoryRule, PyVictoryRule, std::shared_ptr<VictoryRule>>(m, "VictoryRule")
    .def(pybind11::init())
    .def("winners", &VictoryRule::winners, arg("game"));

在Python中实现自定义子类：

class CustomVictoryRule(VictoryRule):
    def __init__(self):
        VictoryRule.__init__(self)

    def winners(self, game):
        return [1]

直接实例化调用winners方法正常：

cvr = CustomVictoryRule()
cvr.winners() # 返回 [1]

但存入C++的RuleSet后出现问题，RuleSet定义：

class RuleSet {
 public:
  std::shared_ptr<VictoryRule> get_victory_rule();
  void register_victory_rule(std::shared_ptr<VictoryRule> victory_rule);

 private:
  std::unordered_map<CasePawn::Type, std::shared_ptr<Rule>> per_pawn_type_rule_;
  std::shared_ptr<VictoryRule> victory_rule_;
};

RuleSet的pybind11注册代码：

pybind11::class_<RuleSet, std::shared_ptr<RuleSet>>(m, "RuleSet")
    .def(pybind11::init())
    .def("get_victory_rule", &RuleSet::get_victory_rule)
    .def("register_victory_rule", &RuleSet::register_victory_rule,
         arg("victory_rule"));

传入CustomVictoryRule到register_victory_rule后，调用get_victory_rule().winners()触发错误：

ruleset = RuleSet()
ruleset.register_victory_rule(CustomVictoryRule())
ruleset.get_victory_rule().winners() # 报错：RuntimeError: Tried to call pure virtual function "VictoryRule::winners"

请问如何处理才能让ruleset.get_victory_rule()返回正确的CustomVictoryRule类型，正常调用其winners方法？

1. 保留Python实例的引用，避免GC回收 #

这是最常见的问题根源：直接传递临时对象CustomVictoryRule()给C方法时，Python侧没有持有该实例的引用，垃圾回收器会回收这个对象，导致C的shared_ptr指向的只剩下VictoryRule基类的空壳，调用虚函数时触发纯虚函数错误。

修改Python代码，先将实例存入变量再传入：

ruleset = RuleSet()
cvr = CustomVictoryRule()  # 持有引用，防止GC回收
ruleset.register_victory_rule(cvr)
ruleset.get_victory_rule().winners(game)  # 正常调用

2. 确认pybind11类型绑定的完整性 #

• 确保team_t枚举类型已经正确绑定到Python（比如注册为int或者对应的枚举类），如果类型转换失败，也可能导致trampoline函数无法正确调用Python实现。
• 注册VictoryRule时，可尝试添加pybind11::dynamic_attr()来支持Python子类的动态属性，帮助保留类型信息：

  pybind11::class_<VictoryRule, PyVictoryRule, std::shared_ptr<VictoryRule>>(m, "VictoryRule")
      .def(pybind11::init())
      .def("winners", &VictoryRule::winners, arg("game"))
      .def(pybind11::dynamic_attr());  // 添加此行
  

3. 确保C++侧的shared_ptr正确传递类型信息 #

当前RuleSet直接存储std::shared_ptr<VictoryRule>，不会发生对象切片问题，只需确保register_victory_rule仅做指针存储操作，不对对象进行不必要的拷贝即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Lærne