Python - 使用__slots__节省空间

默认情况下，Python 把各个实例的属性存储在一个名为__dict__ 的字典中。字典消耗的内存很多--即使有一些优化措施。但是，如果定义一个名为__slots__的类属性，以序列的形式存储属性名称，那么Python 将使用其他模型存存储实例属性:__slots__ 中的 属性名称储存在一个隐藏的数组中，消耗的内存比字典少。下面通过几个简单的示例说明一下

>>> class Pixel:
...     __slots__ = ('x','y')  # 1
...
>>> p = Pixel() # 2
>>> p.__dict__ # 3
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Pixel' object has no attribute '__dict__'. Did you mean: '__dir__'?
>>> p.x = 10 # 4
>>> p.y = 20
>>> p.color = 'red' # 5
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Pixel' object has no attribute 'color'
>>>

1. __slots__必须在定义类时声明，之后再添加或修改均无效。属性名称可以存储在一个元组或列表中，推荐使用元组，因为着可以明确表明__slots__无法修改。
2. 创建一个Pixel实例，因为__slots__ 的效果要通过实例体现
3. 第一个效果：Pixel实例没有__dict__属性
4. 正常设定p.x 和 p.y 属性
5. 第二个效果：设定不在__slots__ 中的属性抛出AttributeError

如果定义一个Pixel的子类，看看__slots__ 违反直觉的一面.

>>> class OpenPixel(Pixel): # 1
...     pass
...
>>> op = OpenPixel()
>>> op.__dict__ # 2
{}
>>> op.x = 8 # 3
>>> op.__dict__ # 4
{}
>>> op.x # 5
8
>>> op.color = 'green' # 6
>>> op.__dict__ # 7
{'color': 'green'}

1. OpenPixel 自身没有声明任何属性
2. 奇怪的事情发生了，OpenPixel 实例有 __dict__ 属性
3. 即使设定x 属性，（在基类Pixel 的__slots__ 属性中）
4. 也不存入实例的__dict__ 属性中
5. 而是存入实例的一个隐藏的引用数组中
6. 设定不在__slots__中的属性
7. 存入实例的__dict__ 属性中

上例表明，子类只继承__slots__部分效果。为了确保子类实列也没有__dict__ 属性，必须在子列中再次声明__slots__ 属性。

如果在子类中声明__slots__ = () (一个空元组)，则子类的实际将没有__dict__ 属性，而且只接受基类的__slots__ 属性列出的属性名称

如果子类需要额外属性，则在子类的 __slots__属性中列出来。

>>> class ColorPixel(Pixel):
...     __slots__ = ('color',) # 1
...
>>> cp = ColorPixel()
>>> cp.__dict__ # 2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'ColorPixel' object has no attribute '__dict__'. Did you mean: '__dir__'?
>>> cp.x = 2
>>> cp.color = 'blue' # 3
>>> cp.flavor = 'banana'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'ColorPixel' object has no attribute 'flavor'

1. 其实，超类的__slots__ 属性会被添加到当前类的__slots__ 属性中。
2. ColorePixel 实列没有 __dict__ 属性
3. 可以设定在当前类和超类的__slots__ 中声明的属性的属性，其他属性则不能设定。

然而，节省的内存也可能被再次吃掉：如果把__dict__ 这个名称添加到__slots__列表中，则实例会在各个实例独有的引用数组中存储__slots__中的名称，不过也支持动态创建属性，存储在常规的__dict__中
当然，把__dict__添加到__slots__中可能完全违背了初衷，这取决于各个实列的静态和动态属性的数量及其用法。粗心的优化甚至比提早优化还糟糕，往往得不偿失。

总结：

如果使用得当，则类属性__slots__ 能显著节省内存， 不过有几个问题需要注意：

• 每个子类都要重新声明__slots__ 属性，以防止子类的实例有_dict_-属性
• 实例只能拥有__slots__ 列出的属性，除非把__dict__加入 __slots__中(但是这样做就失去了节省内存的效果)
• 有__slots__ 的类不能使用 @cached_property 装饰器，除非把__dict__加入到__slots__中
• 如果不把__weakref__ 加入 __slots__ 中，那么实例就不能作为弱引用的目标