pybind11

파이썬

Version 2.13.6

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pybind11 — C++11과 Python 간의 원활한 작동성

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pybind11 은 주로 기존 C++ 코드의 Python 바인딩을 생성하기 위해 Python에서 C++ 유형을 노출하고 그 반대로 노출하는 경량 헤더 전용 라이브러리입니다. 목표와 구문은 David Abrahams의 우수한 Boost.Python 라이브러리와 유사합니다. 즉, 컴파일 시간 내부 검사를 사용하여 유형 정보를 추론하여 기존 확장 모듈의 상용구 코드를 최소화합니다.

Boost.Python의 주요 문제이자 유사한 프로젝트를 만드는 이유는 Boost입니다. Boost는 현존하는 거의 모든 C++ 컴파일러에서 작동하는 엄청나게 크고 복잡한 유틸리티 라이브러리 모음입니다. 이러한 호환성에는 비용이 듭니다. 가장 오래되고 버그가 많은 컴파일러 표본을 지원하려면 난해한 템플릿 트릭과 해결 방법이 필요합니다. 이제 C++11 호환 컴파일러가 널리 사용 가능해지면서 이 중장비는 지나치게 크고 불필요한 종속성이 되었습니다.

이 라이브러리를 바인딩 생성과 관련되지 않은 모든 것을 제거한 작은 독립형 Boost.Python 버전으로 생각하세요. 주석이 없으면 핵심 헤더 파일에는 ~4K 줄의 코드만 필요하며 Python(3.8+ 또는 PyPy) 및 C++ 표준 라이브러리에 의존합니다. 이러한 간결한 구현은 일부 C++11 언어 기능(구체적으로: 튜플, 람다 함수 및 가변 템플릿) 덕분에 가능했습니다. 이 라이브러리는 생성된 이후 여러 면에서 Boost.Python을 넘어 성장하여 여러 일반적인 상황에서 바인딩 코드가 훨씬 더 단순해졌습니다.

튜토리얼과 참조 문서는 pybind11.readthedocs.io에서 제공됩니다. PDF 버전의 매뉴얼은 여기에서 보실 수 있습니다. 소스 코드는 항상 github.com/pybind/pybind11에서 확인할 수 있습니다.

핵심 기능

pybind11은 다음 핵심 C++ 기능을 Python에 매핑할 수 있습니다.

값, 참조 또는 포인터별로 사용자 정의 데이터 구조를 허용하고 반환하는 함수
인스턴스 메서드 및 정적 메서드
과부하된 함수
인스턴스 속성 및 정적 속성
임의의 예외 유형
열거
콜백
반복자와 범위
맞춤 연산자
단일 상속과 다중 상속
STL 데이터 구조
std::shared_ptr 과 같은 참조 카운팅 기능을 갖춘 스마트 포인터
올바른 참조 카운팅을 사용한 내부 참조
가상(및 순수 가상) 메서드가 있는 C++ 클래스를 Python에서 확장할 수 있습니다.
통합 NumPy 지원(NumPy 2에는 pybind11 2.12+ 필요)

맛있는 것

핵심 기능 외에도 pybind11은 몇 가지 추가 기능을 제공합니다.

Python 3.8+ 및 PyPy3 7.3은 구현에 구애받지 않는 인터페이스로 지원됩니다(pybind11 2.9는 Python 2 및 3.5를 지원하는 마지막 버전입니다).
C++11 람다 함수를 캡처된 변수와 바인딩할 수 있습니다. 람다 캡처 데이터는 결과 Python 함수 개체 내에 저장됩니다.
pybind11은 가능할 때마다 C++11 이동 생성자와 이동 할당 연산자를 사용하여 사용자 정의 데이터 유형을 효율적으로 전송합니다.
Python의 버퍼 프로토콜을 통해 사용자 정의 데이터 유형의 내부 저장소를 쉽게 노출할 수 있습니다. 예를 들어 값비싼 복사 작업 없이 Eigen 및 NumPy와 같은 C++ 행렬 클래스 간의 빠른 변환에 유용합니다.
pybind11은 하나 이상의 NumPy 배열 인수의 모든 항목에 투명하게 적용되도록 함수를 자동으로 벡터화할 수 있습니다.
Python의 슬라이스 기반 액세스 및 할당 작업은 단 몇 줄의 코드로 지원될 수 있습니다.
모든 것은 단지 몇 개의 헤더 파일에 포함되어 있습니다. 추가 라이브러리에 대해 링크할 필요가 없습니다.
바이너리는 일반적으로 Boost.Python에서 생성된 동등한 바인딩에 비해 최소 2배 더 작습니다. 대규모 Boost.Python 바인딩 프로젝트인 PyRosetta의 최근 pybind11 변환에서는 바이너리 크기가 5.4x 로 감소하고 컴파일 시간이 5.8x 로 단축된 것으로 보고되었습니다.
함수 시그니처는 컴파일 타임에 미리 계산되어( constexpr 사용) 더 작은 바이너리로 이어집니다.
약간의 추가 노력만으로 C++ 유형을 일반 Python 객체와 유사하게 피클링하거나 피클링 해제할 수 있습니다.

지원되는 컴파일러

Clang/LLVM 3.3 이상(Apple Xcode의 clang의 경우 5.0.0 이상)
GCC 4.8 이상
Microsoft Visual Studio 2017 이상
Intel 클래식 C++ 컴파일러 18 이상(CI에서 테스트된 ICC 20.2)
Cygwin/GCC(이전에는 2.5.1에서 테스트됨)
NVCC(CI에서 테스트된 CUDA 11.0)
NVIDIA PGI(CI에서 20.9 테스트됨)

에 대한

이 프로젝트는 Wenzel Jakob이 만들었습니다. 코드의 중요한 기능 및/또는 개선 사항은 Jonas Adler, Lori A. Burns, Sylvain Corlay, Eric Cousineau, Aaron Gokaslan, Ralf Grosse-Kunstleve, Trent Houliston, Axel Huebl, @hulucc, Yannick Jadoul, Sergey Lyskov, Johan이 기여했습니다. Mabille, Tomasz Miąsko, Dean Moldovan, 벤 프리처드, 제이슨 Rhinelander, Boris Schäling, Pim Schellart, Henry Schreiner, Ivan Smirnov, Boris Staletic 및 Patrick Stewart.

이 프로젝트에 사용되는 지속적인 통합 인프라에 대한 재정적 기여에 대해 Google에 감사드립니다.