如何通过boost::python将Python缓冲区（如numpy数组）传入C++

我之前做过类似的需求，用pybind11来实现是最简洁高效的，它对Python的缓冲区协议支持非常完善，能直接把numpy数组映射到C++的内存结构里，不用手动处理底层的Py_buffer细节。下面是完整的实现步骤：

1. 准备依赖 #

首先安装pybind11，用pip直接装最方便：

pip install pybind11

2. 编写C++模块代码 #

创建一个名为mymod.cpp的文件，代码如下：

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

namespace py = pybind11;

void some_func(py::array_t<int> arr) {
    // 请求数组的只读访问权限
    py::buffer_info buf = arr.request();
    
    // 获取数组的指针和总长度
    int* ptr = static_cast<int*>(buf.ptr);
    size_t len = buf.size;
    
    // 遍历并打印元素
    std::cout << "数组元素：";
    for (size_t i = 0; i < len; ++i) {
        std::cout << ptr[i];
        if (i != len - 1) {
            std::cout << ", ";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}

// 绑定模块和函数
PYBIND11_MODULE(mymod, m) {
    m.def("some_func", &some_func, "接收numpy数组并打印元素");
}

代码说明 #

• py::array_t<int>：直接指定接收int类型的numpy数组，pybind11会自动校验输入类型是否匹配
• arr.request()：获取数组的核心缓冲区信息，包括内存指针、元素总数、维度尺寸等
• 用指针遍历数组的逻辑和C++操作普通数组完全一致，没有额外学习成本

如果要处理其他数值类型（比如float），只需要把py::array_t<int>改成py::array_t<float>，int* ptr改成float* ptr即可。

3. 编写编译脚本 #

创建setup.py文件，用来把C++代码编译成Python可导入的模块：

from setuptools import setup, Extension
import pybind11

ext_modules = [
    Extension(
        "mymod",
        ["mymod.cpp"],
        include_dirs=[pybind11.get_include()],
        language="c++",
        extra_compile_args=["-O3"],
    ),
]

setup(
    name="mymod",
    ext_modules=ext_modules,
)

4. 编译并测试 #

在终端执行编译命令：

python setup.py build_ext --inplace

编译完成后，就可以用你提供的Python代码测试了：

import mymod
import numpy as np

mymod.some_func(np.array([1,2,3]))

运行后会输出：

数组元素：1, 2, 3

进阶：处理多维数组 #

如果需要接收二维数组（比如np.array([[1,2],[3,4]])），可以通过buf.shape获取各维度尺寸，示例代码如下：

void some_func(py::array_t<int> arr) {
    py::buffer_info buf = arr.request();
    
    // 获取二维数组的行数和列数
    size_t rows = buf.shape[0];
    size_t cols = buf.shape[1];
    int* ptr = static_cast<int*>(buf.ptr);
    
    // 遍历二维数组
    for (size_t i = 0; i < rows; ++i) {
        for (size_t j = 0; j < cols; ++j) {
            // 假设数组是连续存储的，计算元素位置
            std::cout << ptr[i * cols + j] << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者gct