Pybind11 3.0 RC1发布：C++与Python交互的重大升级

作为当前最流行的C++/Python绑定工具之一，pybind11项目近日发布了3.0版本的第一个候选版本（RC1）。这个版本标志着pybind11进入了一个新的发展阶段，带来了多项重大改进和新特性，同时也移除了一些过时的功能支持。

项目简介

pybind11是一个轻量级的头文件库，用于在C++和Python之间创建无缝的接口。它借鉴了Boost.Python的设计理念，但更加现代化和轻量级，特别适合需要高性能计算的场景。通过pybind11，开发者可以轻松地将C++类、函数和数据结构暴露给Python，同时保持两者之间高效的数据交换。

核心新特性

智能持有者(smart_holder)系统

3.0版本引入了革命性的py::smart_holder机制，解决了长期以来在C++智能指针与Python对象转换中的痛点。这个新系统能够：

• 同时处理std::unique_ptr<T>和std::shared_ptr<T>的双向转换
• 支持将Python对象传递给std::unique_ptr<T>时的所有权转移
• 更好地处理trampoline对象和std::enable_shared_from_this场景

多阶段模块初始化与子解释器支持

新版本实现了PEP 489规范的多阶段模块初始化，这是Python现代模块系统的核心特性。同时增加了对子解释器的完整支持，包括：

• 隔离式解释器（每个解释器有独立的GIL）
• 传统解释器（共享全局GIL）
• 新的py::multiple_interpreters命名空间和相关标记

原生枚举支持

新增的py::native_enum功能允许C++枚举与Python标准库中的枚举类型（如enum.Enum）进行无缝转换，大大简化了枚举类型在两种语言间的交互。

类型提示系统增强

类型提示系统得到了全面升级：

• 支持typing.SupportsInt和typing.SupportsFloat
• 改进了Final和ClassVar类型注解
• 新增py::Args和py::KWArgs用于自定义*args和**kwargs的类型提示
• 改用numpy.typing.NDArray和numpy.typing.ArrayLike

其他重要改进

• 新增py::warnings命名空间，提供Python警告系统的接口
• 改进了STL容器的转换器，不再需要显式转换为Python原生类型
• 增加了对非默认构造类型的数组转换支持
• 新增py::release_gil_before_calling_cpp_dtor选项解决析构时的GIL问题

平台支持变更

3.0版本更新了支持的平台和版本：

• 新增支持：Python 3.14、GraalPy和PyPy 3.11
• 移除支持：Python 3.7、PyPy 3.8/3.9和CMake 3.15以下版本
• 默认使用FindPython模式，同时提供COMPAT模式以平滑过渡

构建系统改进

构建系统方面也有显著变化：

• 使用scikit-build-core作为PyPI包的构建后端
• CMake生成步骤移至sdist→wheel阶段
• 新增对pkgconf的支持
• 默认启用FindPython模式

向后兼容性说明

虽然3.0版本保留了大多数已弃用功能，但需要注意：

• 移除了pybind11 v2的内部版本支持（4,5,6）
• 移除了make_simple_namespace等已弃用功能
• 开始对.get_type等函数发出弃用警告

总结

pybind11 3.0 RC1是一个功能丰富且稳定的预发布版本，为C++/Python互操作带来了多项重大改进。特别是智能持有者系统和多阶段初始化支持，将显著提升复杂项目的开发体验。建议现有项目尽早开始测试这个候选版本，为正式版的升级做好准备。