cpp 绑定方案大比拼

目前有 Pybind11 / Boost.Python / SWIG 这几个主流高效绑定方案的对比和推荐:


🔥 高效 C++ 到 Python 绑定工具推荐

工具 性能特点 编译速度 二进制大小 运行效率 易用性 是否推荐
nanobind 极速绑定库 ✅ 快 ✅ 小 ✅ 高 ⚠️ 中等 ✅ 推荐
cppyy JIT + Cling ⚠️ 动态绑定 ⚠️ 无编译 ⚠️ 略慢 ✅ 高 ✅ 原型开发推荐
litgen 自动化绑定生成器 ⚠️ 依赖 srcML ✅ 自动生成 ✅ 中等 ✅ 高 ✅ 自动生成推荐
Cython (C++ 模式) 混合语言 ⚠️ 较慢 ⚠️ 大 ✅ 高 ⚠️ 中等 ⚠️ 一般
SWIG 跨语言绑定 ⚠️ 较慢 ⚠️ 大 ⚠️ 中等 ⚠️ 低 ⚠️ 不推荐
Boost.Python 古老经典 ❌ 很慢 ❌ 很大 ⚠️ 低 ⚠️ 低 ❌ 不推荐

🚀 推荐首选:nanobind

✅ 优势总结:

  • 编译速度快:比 Pybind11 快 4x
  • 二进制小:比 Pybind11 小 5x
  • 运行效率高:比 Pybind11 快 10x
  • 零依赖:仅需 Python 和 C++17 编译器
  • 支持 STL 容器:vector、map、tuple 等
  • 支持 NumPy 数组:nb::ndarray
  • 支持类型标注:.pyi 文件生成(stubgen)

🧩 示例代码:

cpp 复制代码
#include <nanobind/nanobind.h>

struct Dog {
    std::string name;
    void bark() { printf("%s barks!\n", name.c_str()); }
};

NB_MODULE(example, m) {
    nb::class_<Dog>(m, "Dog")
        .def(nb::init<>())
        .def_rw("name", &Dog::name)
        .def("bark", &Dog::bark);
}

🛠 构建方式:

bash 复制代码
mkdir build && cd build
cmake ..
make

🧪 替代选择:cppyy

✅ 优势总结:

  • 无需编译绑定代码
  • 动态加载 C++ 头文件
  • 适合快速原型开发
  • 支持 PyPy

🧩 示例代码(Python):

python 复制代码
import cppyy

cppyy.include("dog.h")

d = cppyy.gbl.Dog()
d.name = "Buddy"
d.bark()

⚠️ 注意事项:

  • 使用 Cling/LLVM,部署环境需要安装额外依赖
  • 对模板支持良好,但运行时性能略低于 nanobind
  • 不适合生产环境中的静态绑定

🧱 自动绑定生成:litgen

✅ 优势总结:

  • 自动从 C++ 头文件生成 Python 绑定
  • 支持 Pybind11 和 nanobind
  • 文档自动生成(docstring)
  • 基于 srcML 解析器

🧩 示例流程:

  1. 写一个 C++ 函数:
cpp 复制代码
// math.h
int square(int x);
  1. 使用 litgen 生成绑定代码:
bash 复制代码
litgen -i math.h -o bindings.cpp --pybind11 false --nanobind true
  1. 编译并导入:
bash 复制代码
g++ -shared -fPIC bindings.cpp -o _math.so
  1. Python 中使用:
python 复制代码
import math
print(math.square(4))  # 输出 16

📦 总结:根据你的需求选工具

场景 推荐工具 说明
高性能嵌入式项目 nanobind 最佳选择,轻量高效
快速原型开发 cppyy 零编译,动态调用
大量结构体自动绑定 litgen + nanobind 自动生成绑定代码
跨语言调用 SWIG 支持多语言,但性能一般
旧项目维护 Pybind11 社区活跃,文档丰富
Windows/.NET 项目 C++/CLI + Python.NET 仅限 Windows 平台

✅ 如果你正在做 CTP 接口绑定

建议采用以下组合:

工具 用途
nanobind 主体绑定(结构体、函数)
litgen 自动提取结构体字段生成 .cpp 绑定代码
stubgen 生成 .pyi 类型存根,提升 IDE 支持

推荐 swig和litgen,这是目前的主流方案,文档齐全

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