pybind11とは何ですか

pybind11とは何ですか

pybind11 とは、C++で書かれたコードをPythonから簡単に呼び出せるようにするライブラリです。具体的には、C++関数・クラスをPythonにバインディング（橋渡し）するための軽量なヘッダオンリーライブラリです。

✅ 要点まとめ

🧠 なぜ使うのか？

Pythonは書きやすいが遅い、C++は速いけど扱いにくい。
そのため、重い処理はC++で書き、インターフェースだけPythonで操作したいことがよくあります。

この「橋渡し」に pybind11 が使われます。

🔧 使用イメージ

C++側（example.cpp）

#include <pybind11/pybind11.h>

int add(int i, int j) {
    return i + j;
}

PYBIND11_MODULE(example, m) {
    m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
}

Python側

import example
print(example.add(1, 2))  # → 3

このように、C++の関数をまるでPythonで書いた関数のように使えるようになります。

🔚 まとめ

必要であれば、あなたの railway_simulator モジュールが pybind11 で作られているかどうかも確認する手順を案内できます。

使用イメージを実際に動かすにはどうすれば良いですか

以下に、pybind11 を使って C++ 関数を Python から呼び出せるようにする最小構成の実行手順をまとめます。
Linux / WSL / Mac / MSYS2 などの UNIX互換環境を前提にしています（Windows でも MSYS2 や WSL を使えば同じです）。

✅ ゴール

C++ の関数を Python から呼び出せるようにする：

↓ Pythonから：

🔧 準備

① Python と pybind11 のインストール

以下をターミナルで実行：

（C++コンパイラが必要です：gcc, clang, cl など）

📁 ② ファイルを作成

example.cpp（C++側）

#include <pybind11/pybind11.h>
int add(int i, int j) {
    return i + j;
}
PYBIND11_MODULE(example, m) {
    m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
}

⚙️ ③ ビルド（共有ライブラリ作成）

以下のコマンドをそのままコピー＆ペースト：

c++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC \
    `python3 -m pybind11 --includes` \
    example.cpp -o example`python3-config --extension-suffix`

このコマンドは：

• pybind11 のヘッダを含めて

• example.so（もしくは .pyd）というPython拡張モジュールを作成します

✅ ④ 実行（Pythonから呼び出し）

ターミナルで Python を起動し、次を試してください：

>>> import example
>>> example.add(10, 5)
15

成功すれば pybind11 のバインディング成功です！

📎 注意点

✅ もしうまくいかなかったら…

次の情報を貼ってもらえれば、個別にビルドコマンドを調整できます：

• OS種別（Windows / Mac / Ubuntu / WSL など）

• Pythonバージョン（python3 --version）

• コンパイラの種類（gcc --version など）

必要であれば、CMakeLists.txt を使った構成や、.pyx ファイルとの違い（Cython との比較）についてもご説明します。

c++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC \
    python3 -m pybind11 --includes \
    example.cpp -o examplepython3-config --extension-suffix
> > /home/ebata/.pyenv/versions/3.8.10/bin/python3: No module named pybind11
example.cpp:1:10: fatal error: pybind11/pybind11.h: No such file or directory
    1 | #include <pybind11/pybind11.h>
      |          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.

と言われました

ありがとうございます。エラーメッセージを解析すると、以下の2つの問題が発生しています：

❌ 問題1：pybind11 がインストールされていない

これは pybind11 が Python環境に未インストールであることを示しています。

❌ 問題2：C++ヘッダファイル pybind11/pybind11.h が見つからない

これは Python モジュールが見つからなかったため、--includes で得られるインクルードパスも空になり、結果として pybind11.h が見つからないという流れです。

✅ 解決手順

以下の手順に従って修正してください。

① pybind11 を正しい Python 環境にインストール

あなたは pyenv を使って Python 3.8.10 を使っているようなので、次のコマンドを使います：

※または pyenv の環境をアクティベートしてから：

② 再度ビルドコマンドを実行

インストール後、以下の1行コマンドを再度実行してください：

c++ -O3 -Wall -shared -std=c++11 -fPIC \
    `python3 -m pybind11 --includes` \
    example.cpp -o example`python3-config --extension-suffix`

（必要なら python3 を ~/.pyenv/versions/3.8.10/bin/python3 に書き換えてください）

✅ うまくいけば…

カレントディレクトリに example.cpython-38-x86_64-linux-gnu.so のようなファイルができます。

Pythonで次のように実行できれば成功です：

📌 備考（トラブル防止）