Call Python from C++

call-py-from-cpp.cpp

/**
 * @file main.cpp
 * @brief 演示如何在 C++ 中将数据传递给 Python，然后在 Python 中用 NumPy 进行计算，最后将结果返回给
 * C++。
 * @author Guo Shuai (gs0801@foxmail.com)
 */
#include <pybind11/pybind11.h>
#include <pybind11/embed.h>
#include <pybind11/numpy.h>

#include <iostream>
#include <vector>

namespace py = pybind11;

int main() {
  // 1. 创建一个能自动初始化和销毁的 Python 解释器（RAII 机制）。
  py::scoped_interpreter guard{};

  // 2. 在 C++ 的数据（std::vector），能通过 py::globals() 传递给 Python。
  // - py::array_t<int> 相当于 Python 中的 numpy.array（int32 类型）。
  // - py::globals() 相当于 Python 中的 globals() 函数，即一个记录全局作用域变量的 dict。
  // - py::globals()["a"] 相当于 Python 中的 globals()["a"]，即获取全局变量 a。
  std::vector<int> v{1, 2, 3, 4};
  py::array_t<int> a{static_cast<ssize_t>(v.size()),
                     v.data()};  // 调用参数为 (size, *data) 的构造函数。
  py::globals()["a"] = a;

  // 3. 执行 Python 代码。
  // 这里可以看到我们直接使用了 a，没有创建它，因为 a 已经在上面 C++ 代码创建了。
  py::exec(R"(
        import numpy as np

        b = 2 * np.sqrt(a)

        print("Python result:", b)
    )");

  // 4. 从 py::globals() 这个 dict 中获取全局变量 b，并以 py::array_t<float> 类型返回。
  py::array_t<float> b = py::globals()["b"].cast<py::array_t<float>>();

  // 5. 在 C++ 中打印 b 的内容。
  // - b.request() 返回一个 py::buffer_info 对象，包含了 b 的元信息（数据指针、形状、步长等）。
  // - b.request().ptr 返回 void* 类型的数据指针。
  std::cout << "C++ result: [";
  float* data = static_cast<float*>(b.request().ptr);

  for (int i = 0; i < b.size(); ++i) {
    std::cout << data[i] << ", ";
  }

  std::cout << "]" << std::endl;

  return 0;
}