尝试读取在 Python 中创建的对象并传递到 C++ 端的 std::vector 然后返回到 Python 时出现访问冲突

在 Windows 10 上使用 VS 2019、Python 3.7 64 位和 pybind11 2.4.3 时，我遇到了以下问题：

当我使用 pybind11 创建对象时py::class_在 Python 端并将其直接传递给 C++ 端的方法并将其存储在 std::vector 中，稍后尝试从 Python 读出该对象会导致Access violation - no RTTI data。如果 Python 代码首先将创建的对象存储在 Python 变量中，然后将其传递给 C++，则随后从 Python 进行的访问将按预期进行。

我在使用 pybind11 和 C++ 方面没有太多经验，所以我可能犯了一个简单的错误，希望获得有关如何设置 C++ 和 pybind11 用法的任何帮助，以便不需要使用变量的 Python 解决方法，而且我不需要没有发生任何访问冲突。

下面是一些代码细节，C++代码是

#include <iostream>

#include <vector>

#include <pybind11/pybind11.h>

using namespace std;


class XdmItem;

class XdmValue {

public:

    virtual XdmItem* itemAt(int n);

    virtual int size();

    void addXdmItem(XdmItem* val);


protected:
    std::vector<XdmItem*> values;
};

void XdmValue::addXdmItem(XdmItem* val) {
    values.push_back(val);
}

XdmItem* XdmValue::itemAt(int n) {
    if (n >= 0 && (unsigned int)n < values.size()) {
        return values[n];
    }
    return NULL;
}

int XdmValue::size() {
    return values.size();
}

class XdmItem : public XdmValue {

public:

    int size();

};

int XdmItem::size() {
    return 1;
}


namespace py = pybind11;

PYBIND11_MODULE(UseClassHierarchyAsPythonModule, m) {


    py::class_<XdmValue>(m, "PyXdmValue")
        .def(py::init<>())
        .def("size", &XdmValue::size)
        .def("item_at", &XdmValue::itemAt)
        .def("add_item", &XdmValue::addXdmItem);

    py::class_<XdmItem, XdmValue>(m, "PyXdmItem")
        .def(py::init<>())
        .def("size", &XdmItem::size);



#ifdef VERSION_INFO
    m.attr("__version__") = VERSION_INFO;
#else
    m.attr("__version__") = "dev";
#endif
}

完美运行的Python代码是

import UseClassHierarchyAsPythonModule

value = UseClassHierarchyAsPythonModule.PyXdmValue()

print(value, type(value))

print(value.size())

item = UseClassHierarchyAsPythonModule.PyXdmItem()

value.add_item(item)

print(value.size())

item0 = value.item_at(0)

print(item, type(item))

而下面的代码会导致Access violation - no RTTI data!:

import UseClassHierarchyAsPythonModule

value = UseClassHierarchyAsPythonModule.PyXdmValue()

print(value, type(value))

print(value.size())

value.add_item(UseClassHierarchyAsPythonModule.PyXdmItem())

print(value.size())

item0 = value.item_at(0)

print(item, type(item))

It gives

  Message=Access violation - no RTTI data!
  Source=C:\SomePath\AccessViolation.py
  StackTrace:
  File "C:\SomePath\AccessViolation.py", line 13, in <module>
    item0 = value.item_at(0)

如果我启用本机代码调试，堆栈跟踪将包含 pybind C++ 代码，并且是

>   UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::polymorphic_type_hook<XdmItem,void>::get(const XdmItem * src, const type_info * & type) Line 818  C++
    UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::detail::type_caster_base<XdmItem>::src_and_type(const XdmItem * src) Line 851 C++
    UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::detail::type_caster_base<XdmItem>::cast(const XdmItem * src, pybind11::return_value_policy policy, pybind11::handle parent) Line 871  C++
    UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::cpp_function::initialize::__l2::<lambda>(pybind11::detail::function_call & call) Line 163 C++
    UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::handle <lambda>(pybind11::detail::function_call &)::<lambda_invoker_cdecl>(pybind11::detail::function_call & call) Line 100   C++
    UseClassHierarchyAsPythonModule.pyd!pybind11::cpp_function::dispatcher(_object * self, _object * args_in, _object * kwargs_in) Line 624 C++
    [External Code] 
    AccessViolation.py!<module> Line 13 Python

知道我的 C++/pybind11 使用有什么问题吗？

注意：我目前还不是PyBind11专家，我刚刚读了这个问题并试图找出原因可能是什么。
我的猜测是，区别在于，在它不起作用的情况下，Python对象是在之前创建的add_item调用（也是如此C++包装了一个）然后就在调用之后它被垃圾收集（并且与它一起C++包裹一个），产生未定义的行为（无效的指针）。
相反，在它起作用的情况下，对象不会被垃圾收集，因为它被“保存”在item (its refcount大于 0)，因此C++还存在被包裹的对象。 Adelete item刚过value.add_item(item)应该重现错误行为。

根据[ReadTheDocs.PyBind11]：函数 - 保持活动状态 https://pybind11.readthedocs.io/en/stable/advanced/functions.html#keep-alive:

一般来说，当 C++ 对象是任何类型的容器并且另一个对象被添加到容器中时，需要此策略。keep_alive<Nurse, Patient>表示带索引的参数Patient应该至少在带有索引的参数之前保持活动状态Nurse被垃圾收集器释放。

所以，解决方案是使UseClassHierarchyAsPythonModule.PyXdmItem对象持久存在，直到容器被销毁（请注意，这可能会使对象在内存中保留的时间比预期长，可能有更干净的方法来实现此目的），那就是通过在add_item:

...

.def("add_item", &XdmValue::addXdmItem, py::keep_alive<1, 2>());