当我们编写 C++ 库的封装器通常涉及使用一种跨语言的接口技术，比如使用C接口或者使用特定的跨语言库，比如SWIG（Simplified Wrapper and Interface Generator）或者Pybind11。这里我将简要介绍如何使用Pybind11来封装一个C++库，以便在Python中使用。

1、问题背景

在编写 C++ 库的封装器时，需要将 C++ 中的 list 容器转换为 Python 中的 list。由于 C++ 库不能被修改，因此希望避免使用 vector 来替代 list。

为了更好地理解这种情况，使用 list 作为代理来注册从 C++ 到 Python 的转换（只读）。当前的实现可以编译，Python 可以正常导入，并且可以创建对象，但是在调用数据成员时会出错。

Python 控制台输出：

In [1]: import my_list

In [2]: x = my_list.Bob()

In [3]: x.foos
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-3-2f015d13a87d> in <module>()
----> 1 x.foos

TypeError: No Python class registered for C++ class std::list<int, std::allocator<int> >

C++ 文件：

#include <list>
#include <boost/python.hpp>

#include <boost/foreach.hpp>
#ifndef FOREACH
    #define FOREACH BOOST_FOREACH
#endif

using namespace std;
using namespace boost::python;

template<typename T>
struct list_to_list
{
    static PyObject* convert(const std::list<T>& src)
    {
        boost::python::list result;
        FOREACH (const T& val, src)
        {
            result.append(val);
        }

        return incref(result.ptr());
    }
};

struct Bob
{
    std::list<int> foos;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(my_list)
{
    using namespace boost::python;

    to_python_converter<std::list<int>, list_to_list<int> >();

    class_<Bob>("Bob")
        .def_readonly("foos", &Bob::foos)
    ;
}

2、解决方案

如常见问题解答中所述，通过 def_readonly()、def_readwrite() 和 add_property() 暴露的属性，使用默认策略不会使用自定义转换器。要解决此问题，请用 add_property() 替换 def_readonly() 和 def_readwrite()，提供一个 boost::python::return_value_policy，其类型为 boost::python::return_by_value。

在原始代码中，它应该是：

BOOST_PYTHON_MODULE(my_list)
{
  using namespace boost::python;

  to_python_converter<std::list<int>, list_to_list<int> >();

  class_<Bob>("Bob")
    .add_property("foos", make_getter(&Bob_foos,
        return_value_policy<return_by_value>())) 
    ;
}

完整的示例如下：

#include <list>
#include <boost/assign/list_of.hpp>
#include <boost/foreach.hpp>
#include <boost/python.hpp>

namespace python = boost::python;

/// @brief Type to convert from an iterable to a Python list.
template <typename T>
struct list_to_list
{
  static PyObject* convert(const std::list<T>& container)
  {
    python::list result;
    BOOST_FOREACH(const T& value, container)
      result.append(value);
    return python::incref(result.ptr());
  }
};

/// @brief mockup type.
struct Spam
{
  Spam()
  {
    foos = boost::assign::list_of(1)(2)(3)(5);
  }

  std::list<int> foos;
};

BOOST_PYTHON_MODULE(example)
{
  // Enable std::list<int> to Python list conversion.
  python::to_python_converter<std::list<int>, list_to_list<int> >();

  python::class_<Spam>("Spam")
    .add_property("foo", python::make_getter(&Spam::foos,
          python::return_value_policy<python::return_by_value>()))
    ;
}

相应的用法：

>>> import example
>>> spam = example.Spam()
>>> spam.foo
[1, 2, 3, 5]

上面这个就是一个简单的例子，展示了如何使用Pybind11来封装一个C++库。具体的细节可能会因为我们的C++库的复杂性而有所不同，但这应该可以帮助你入门。如果有更多的问题可以留言讨论。