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Pybind11でC++とPythonの いいとこ取りをする 2020/09/13 OSK 9月LT会 @yumcyawiz

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Motivation Pythonはnumpyとかmatplotlibとか色々あって便利！

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Motivation だけど複雑な計算を実装すると遅い・・

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Motivation 一方でC++は計算早いけど、可視化とか不便・・

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Motivation C++で計算を実装して、Pythonで可視化できないか？

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• C++・Python間で互いのデータ型・関数を扱えるように するC++のHeader Onlyライブラリ • STLのデータ型もサポート • numpyのデータ型も扱える

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Usage - Setup

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Project Setup • 今回はC++側でMyLibという名 前の静的ライブラリを作成 • Python側でMyLibを呼び出せる ようにしたい

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Project Setup - CMake • CMakeを使ってpybind11を導入 • Python Bindingをbinding.cppに 記述 • pybind11_add_moduleで binding.cppをソースに指定

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Project Setup - Build • ビルドするとMyLib.*.soが生成 される • Python Scriptと同じディレクト リに置けばimport Mylibできる

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Usage - Function

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Function mylib.cpp binding.cpp Binding.cppにPython Bindingを記述していく

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Function binding.cpp Python側から呼び出せる test.py

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Function – default argument binding.cpp 名前付き引数&デフォルト引数も設定可能 mylib.h

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Function – reference test.py 参照型も基本的には問題なく使える ただしstr, bool, intなどPython側でImmutableな型 は関数内の変更が反映されない mylib.cpp 0

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Usage - Class

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Class Vec3クラスをPythonから使えるようにする mylib.h binding.cpp test.py

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Class - member メンバ変数へのアクセス 関数の時と同様にバインドを作成できる binding.cpp test.py

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Class - print printでVec3の中身を表示 __repr__を定義する binding.cpp test.py (1.000000, 2.000000, 3.000000)

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Class - element 要素アクセスしたい場合 __getitem__を定義する binding.cpp test.py 2

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Class - numpy Vec3をnumpy arrayとして読み込めるようにしたい Buffer Protocolを利用することで可能 binding.cpp test.py [2. 4. 6.]

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Reference 紹介したコードは以下のrepoで公開してます https://github.com/yumcyaWiz/pybind11_tutorial

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Application

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LensSim • Ray Tracingによって写真レンズの性能評価・映り方のシミュ レーションを行うツール

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LensSim C++ • レンズの読み込み • レイトレーシング • 各種性能計算 • IBLによるレンダリング Python • 可視化(matplotlib) 複雑な計算を実装し、ライブラリ化 可視化周り

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LensSim – Optical Path Diagram Python matplotlibを用いて光路図を表示する C++

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LensSim – Exit Pupil Plot Python matplotlibを用いて射出瞳を表示する C++

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Reference LensSimは以下のrepoで公開してます https://github.com/yumcyaWiz/LensSim

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Thank you for listening!