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Integración C++ y Python con pybind11

Este ejemplo muestra cómo escribir una función sencilla en C++, compilarla como un módulo para Python usando pybind11 y luego usarla directamente desde Python.

Estructura del ejemplo

  • Archivo C++: sum.cpp
  • Script Python para probar: test_sum.py
  • Comando para compilar el módulo

Paso 1: Código C++ (sum.cpp)

Este código define una función en C++ que suma dos enteros y la expone a Python mediante pybind11.

#include <pybind11/pybind11.h>

// Función en C++ que suma dos números
int suma(int a, int b) {
    return a + b;
}

// Definición del módulo pybind11 con nombre "sum"
PYBIND11_MODULE(sum, m) {
    m.def("suma", &suma, "Suma dos números enteros");
}

Paso 2: Instalar los requisitos

Se necesita Python 3, un compilador de C++ y pybind11 instalado en el mismo entorno de Python que se usará para ejecutar el ejemplo. En Debian/Ubuntu, instale también los headers de desarrollo de Python:

sudo apt install build-essential python3-dev
python3 -m pip install pybind11

Si usa Conda, puede instalar pybind11 en el entorno activo con conda install -c conda-forge pybind11.

Paso 3: Compilar el módulo C++

Desde esta carpeta, compile el código. python3-config y python3 deben pertenecer al mismo entorno:

c++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC $(python3 -m pybind11 --includes) sum.cpp -o sum$(python3-config --extension-suffix)
  • -O3: optimización máxima.
  • -Wall: mostrar advertencias.
  • -shared -fPIC: crear una librería compartida.
  • $(python3 -m pybind11 --includes): incluye las rutas necesarias para pybind11 y Python.
  • sum.cpp: archivo fuente.
  • -o sum...: nombre del módulo generado con el sufijo adecuado para Python (.so).

Al finalizar, se tendrá un archivo .so para importar en Python. El sufijo codifica la versión y plataforma; recompílalo si cambias de versión de Python.

Paso 4: Usar el módulo desde Python (test_sum.py)

El archivo test_sum.py ya contiene la prueba para usar la función suma.

import sum

resultado = sum.suma(5, 7)
print("El resultado de la suma es:", resultado)
# Salida esperada: El resultado de la suma es: 12

Paso 5: Ejecutar el script Python

En la terminal, estando en el mismo directorio que el módulo compilado y el script:

python3 test_sum.py

Observará la salida:

El resultado de la suma es: 12

Resumen

  • Se definió una función en C++ para sumar dos números.
  • Se usó pybind11 para crear un módulo Python que envuelve esa función.
  • Se compiló el módulo con las opciones adecuadas.
  • Se llamó a la función directamente desde Python, obteniendo el resultado esperado.

Este flujo es muy útil para acelerar partes críticas de código usando C++ y aprovechar la simplicidad y flexibilidad de Python para el resto del desarrollo.

Recursos adicionales