skbuild

scikit-build 是一个专注于简化 C/C++ 扩展构建过程的 Python 库。它建立在 CMake 之上，为 Python 提供了一套强大的工具，简化了构建和打包过程。在讨论 scikit-build 之前，了解 Cython、Pybind11、SWIG 这些用于 Python 扩展的工具是如何运作的，可以让我们更好地理解其重要性和优势。

构建 Python 扩展的挑战

Python 作为一种高级语言，拥有简洁的语法和强大的库支持，但在一些性能关键的场景下，使用 C/C++ 扩展模块成为一个常见的选择。使用 C/C++ 可以直接操作底层内存，并充分利用计算机硬件的性能。但是，构建 C/C++ 扩展模块需要解决以下几个挑战：

1. 跨平台性：C++代码需要在不同的平台（例如，Windows、Linux、macOS）上编译，而每个平台都有不同的编译器和工具链。
2. 兼容性：不同的 Python 版本对 C API 的支持不同，确保扩展在多个版本上运行良好是个不小的挑战。
3. 依赖管理：C/C++ 项目的复杂性常常源于其依赖库的管理，一旦使用第三方库，就需要考虑其兼容性和版本问题。

针对这些挑战，Python 社区已经发展出多种工具和方法。其中，最基础的是使用 Python 标准库中的 distutils 或 setuptools，这些工具允许在 setup.py 文件中描述构建的配置。然而，这些工具对于复杂的 C/C++ 项目来说显得不够灵活和强大。

CMake 和其优势

CMake 是一个跨平台的构建系统生成器。它不是直接编译你的代码，而是根据CMakeLists.txt中的描述生成特定平台上的项目文件（例如 Makefile 或 Visual Studio 解决方案）。这使得代码可以在不同的系统上非常容易地进行构建。

CMake 的一些显著优点包括：

• 跨平台支持：自动生成不同平台下的构建文件。
• 丰富的模块支持：可以找到和配置大多数库和包。
• 良好的社区支持和自定义功能：可以通过 macros 和 functions 扩展其功能。

为什么选择 scikit-build？

scikit-build 主要是为了解决 Python 扩展的构建复杂性问题。它结合了 Python 的 setuptools 和 CMake 的灵活性。其核心理念是*化利用 CMake，减少构建系统相关的重复劳动，使开发者可以专注于核心代码。

1. 无缝集成：scikit-build 是作为 setuptools 的插件存在的，开发者可以继续使用他们熟悉的 setup.py 格式。只需要很少的修改，就可以将 CMake 项目集成进来。

2. 增强的可配置性：复杂项目通常需要配置多个选项和依赖。scikit-build 允许在 CMakeLists.txt 中明确这些配置，使得项目更容易被理解和管理。

3. 跨平台构建：利用 CMake 的特性，scikit-build 可以方便地在 Windows、Linux 和 macOS 等多种平台上生成构建文件。此外，其自动检测能力可以帮助解决平台差异。

4. 优秀的包管理支持：scikit-build 可以与 pip 协作，自动安装依赖的二进制包，并处理 package_data 和 data_files。这对于发布包含二进制组件的包特别有用。

5. 建立在强大的社区上下游工具链上：它可以与 Cython、Pybind11 等工具无缝联合使用，帮助开发者更轻松地生成 Python 扩展模块。

scikit-build 的典型使用流程

• 设置基本的项目结构：包括 setup.py 文件和 CMake 项目的目录结构。

• 编写 CMakeLists.txt：描述如何查找依赖、编译源代码以及生成最终的共享库。

• 配置 setup.py：调用 scikit-build 提供的 setup 函数，与 CMake 系统集成。在其中可以指定所需的编译选项。

• 构建和测试：通过命令行 python setup.py build 或 pip install . 来触发构建。利用 scikit-build 的日志信息来排除构建错误。

• 发布包：利用 wheel 等工具生成可发布的包，上传到 PyPI。

结论

scikit-build 对于那些需要结合 Python 和 C/C++ 代码的开发者来说，是一个强有力的助手。它将 CMake 的能力和 Python 生态系统结合在一起，为复杂项目提供了一个现代化、跨平台、高灵活性的解决方案。通过合理使用 scikit-build，开发者可以大幅度减少在构建系统上的时间投入，将更多精力放在核心功能的实现上。