Python深入理解__slots__
文章目录
- 1 功能
- 2 优点
- 2.1 节省内存
- 2.2 更快的属性访问速度
- 3 原理
- 4 使用注意点
- 4.1 赋值
- 4.2 向__slots__中添加__dict__
- 4.3 类属性赋值的限制
- 4.4 __slots__在继承中的问题
- 4.4.1 父类有，子类无
- 4.4.2 父类无，子类有
- 4.4.3 父类有，子类有
- 4.4.4 多父类继承
1 功能
__slots__是python类的魔法属性，可接收一个iterable对象作为属性。定义后，该类实例只能创建__slots__中声明的属性，否则报错。
class Test(object):__slots__ = ['a']if __name__ == '__main__':t = Test()t.a = 1Test.c = 3 # 类属性仍然可以自由添加print(t.c) # 输出：3t.b = 2 # AttributeError: 'Test' object has no attribute 'b'
从上面的例子能看出__slots__的具体功能，它的作用就是用来约束类实例的属性，不允许类实例调用方向实例随意添加属性。
2 优点
2.1 节省内存
python的类在没有定义__slots__时，实例的属性管理其实依赖字典， 也就是魔法属性__dict__，它其实就是个存放实例所有属性及对应值的字典。需要注意的是，定义了__slots__的类实例不再拥有__dict__属性。
在python中字典的内存分配规则是，先预分配一块内存区，当元素添加到一定阈值时进行扩容再分配一块比较大的内存区，由此可见__dict__存储属性会预留比较大的空间，因此会存在比较大的内存浪费。
__slots__的做法就是在创建实例之初就按照__slots__中声明的属性分配定长内存，实际就是定长列表，因此会更加节省内存。
实例说明：
from memory_profiler import profileclass TestA(object):__slots__ = ['a', 'b', 'c']def __init__(self, a, b, c):self.a = aself.b = bself.c = cclass TestB(object):def __init__(self, a, b, c):self.a = aself.b = bself.c = c@profile
def test():temp = [TestA(i, i+1, i+2) for i in range(10000)]del temptemp = [TestB(i, i+1, i+2) for i in range(10000)]del tempif __name__ == '__main__':test()
可以看到定义了__slots__的类实例会更加节省内存。
总结一下实际使用中应该使用__slots__的场景：需要大量创建固定属性的实例时。
2.2 更快的属性访问速度
使用__slots__访问属性，实际节省了一次哈希的过程，因此属性访问速度会更快一些。
实例说明：
from line_profiler import LineProfilerslots = ['a{}'.format(i) for i in range(10000)]class TestA(object):__slots__ = slotsdef __init__(self):for i in slots:self.__setattr__(i, i[1:])class TestB(object):def __init__(self):for i in slots:self.__setattr__(i, i[1:])def test():a = TestA()b = TestB()for i in range(10000):tmp = a.a6666for i in range(10000):tmp = b.a6666if __name__ == '__main__':profiler = LineProfiler()profiler(test)()profiler.print_stats()
3 原理
理解原理的最好方法当然是阅读源码，这里本人就不献丑了，找到一篇大佬的博客对于__slots__源码讲解的还蛮清晰，真正理解了原理，很多关于__slots__的问题也就迎刃而解了。
这里给出一个python版的__slots__实现，用以说明原理：
'Rough approximation of how slots work'class Member(object):'Descriptor implementing slot lookup'def __init__(self, i):self.i = idef __get__(self, obj, type=None):return obj._slotvalues[self.i]def __set__(self, obj, value):obj._slotvalues[self.i] = valueclass Type(type):'Metaclass that detects and implements _slots_'def __new__(self, name, bases, namespace):slots = namespace.get('_slots_')if slots:for i, slot in enumerate(slots):namespace[slot] = Member(i)original_init = namespace.get('__init__') def __init__(self, *args, **kwds):'Create _slotvalues list and call the original __init__' self._slotvalues = [None] * len(slots)if original_init is not None:original_init(self, *args, **kwds)namespace['__init__'] = __init__return type.__new__(self, name, bases, namespace)
从python实现中，我们可以看到，定义__slots__之后，类会为__slots__中每个属性创建一个Member实例用来记录属性对应值在_slotvalues中的偏移量，类实例会创建一个定长列表_slotvalues用来存储对应的属性值。因为使用定长列表和偏移量所以也就更省内存和访问时间。
4 使用注意点
4.1 赋值
__slots__接收可迭代对象赋值，一般使用list或者tuple即可。注意：
- dict赋值只会取keys()；
- str赋值只会有一个属性就是赋值的字符串。
从源码中可以知道，__slots__中声明的属性可以重复（然而除浪费空间之外没什么卵用）除了__dict__和__weakref__之外（是的，__slots__之中还可以包含这两个属性）。
4.2 向__slots__中添加__dict__
在__slots__中添加__dict__之后可以恢复动态添加属性功能，然而既生瑜何生亮，从来没这么用过。
class Test(object):__slots__ = ['a', '__dict__']if __name__ == '__main__':t = Test()t.a = 'a't.b = 'b'print(t.__dict__) # 输出：{'b': 'b'}
4.3 类属性赋值的限制
从__slots__原理的介绍中，我们知道__slots__之中声明的类属性其实是member_descriptor实例，类实例在取值时其实时对于实例属性_slotsvalue做列表寻址。因此如果对类属性重新赋值，会破坏寻址过程，影响实例属性取值。
实例说明：
class Test1(object):__slots__ = ['a']class Test2(object):passif __name__ == '__main__':x = Test1()x.a = 'a'Test1.a = 1print(x.a) # 输出：1y = Test2()y.a = 'a'Test2.a = 1print(y.a) # 输出：a
4.4 __slots__在继承中的问题
在继承中使用__slots__是比较混乱的，情况根据父类子类有没有定义__slots__分为以下几种情况：
4.4.1 父类有，子类无
子类实例继承父类__slots__中的属性，同时也会自动创建__dict__用来动态拓展属性。
class Parent(object):__slots__ = ['x']class Child(Parent):passc = Child()
c.x, c.y = 1, 2
print(c.__slots__) # 输出：['x']
print(c.__dict__) # 输出：{'y': 2}
4.4.2 父类无，子类有
子类继承父类__dict__可动态拓展属性，自身__slots__中属性不变。
class Parent(object):passclass Child(Parent):__slots__ = ['x']c = Child()
c.x, c.y = 1, 2
print(c.__slots__) # 输出：['x']
print(c.__dict__) # 输出：{y: 2}
4.4.3 父类有，子类有
子类__slots__会覆盖父类__slots__，子类仍可访问父类slots中有但自己没有的属性。
class Parent(object):__slots__ = ['x']class Child(Parent):__slots__ = ['y']c = Child()
print(c.__slots__) # 输出：['y']
c.x, c.y = 1, 2
print(c.x, c.y) # 输出：1 2
4.4.4 多父类继承
若只有一个父类有非空__slots__，其他父类无或__slots__为空，则情况同上面单继承类似；
若多个父类有非空__slots__，则会报错。
class Parent(object):__slots__ = ['x']class ParentA(object):__slots__ = ['y']class Child(Parent, ParentA): # 报错：TypeError: multiple bases have instance lay-out conflictpass
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