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Python 10天冲刺《slots 是一个类级属性》用于限制和优化对象的属性存储

java 2025/5/12 0:38:25

在 Python 中，__slots__ 是一个类级属性，用于限制和优化对象的属性存储。通过定义 __slots__，可以显著减少对象的内存占用，并提升属性访问的性能。以下是关于 __slots__ 的详细解释和使用示例：

1. 基本概念

作用：
__slots__ 告诉 Python 解释器，一个类的实例只能拥有特定的属性（即声明在 __slots__ 中的属性），而不再使用 __dict__（对象的默认属性字典）来存储属性。
目的：
主要用于优化内存和性能，适用于大量实例化对象的场景（如数据结构、持久化存储等）。

2. 基础用法

定义 `slots`

在类中定义 __slots__，并指定允许的属性名称：

class Point:__slots__ = ('x', 'y')  # 或者用元组或列表：__slots__ = ['x', 'y']def __init__(self, x, y):self.x = x          # 允许访问的属性self.y = y

限制属性

尝试添加未声明的属性会引发错误：

p = Point(1, 2)
p.z = 3  # 抛出 AttributeError: 'Point' object has no attribute 'z'

3. 核心原理

替代 `dict`

普通类：对象默认使用 __dict__ 字典存储所有属性，灵活性高，但内存开销大。
使用 __slots__：对象属性直接存储在固定的位置（类似 C 结构体的字段），无需字典，节省内存。

import sysclass WithoutSlots:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = yclass WithSlots:__slots__ = ('x', 'y')def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = y# 计算内存占用
print(sys.getsizeof(WithoutSlots(1, 2)))  # 可能输出： 64 字节（包含 __dict__）
print(sys.getsizeof(WithSlots(1, 2)))     # 可能输出： 40 字节（无 __dict__）

性能提升

属性访问更快：因为属性直接通过指针访问，而不是字典查找。
节省内存：尤其在创建大量对象时效果显著。

4. 高级用法

1. 继承与 `slots`

如果子类未定义 __slots__，则无法使用父类的 __slots__，需显式声明：

class Base:__slots__ = ('x', 'y')class Derived(Base):__slots__ = ()  # 必须显式声明，否则会抛出错误

子类可以扩展父类的 __slots__：

class Derived(Base):__slots__ = ('z',)  # 新增 'z' 属性

2. 使用 `slots` 和 `dict` 混合

如果需要保留 __dict__ 的灵活性，可以将 '__dict__' 加入 __slots__：

class MyClass:__slots__ = ('x', '__dict__')  # 允许动态添加其他属性def __init__(self):self.y = 2  # 允许，因为有 __dict__

3. 元类与 `slots`

元类中可以通过 __slots__ 控制属性：

class Meta(type):__slots__ = ()  # 限制元类自身的属性class MyClass(metaclass=Meta):__slots__ = ('x',)

5. 注意事项

限制

不能动态添加属性：只能使用 __slots__ 中声明的属性。
无法使用 __dict__：如果未显式声明 '__dict__'，则对象没有 __dict__ 属性。

不适用于多继承：如果父类中有多个类定义了 __slots__，需要将它们的 __slots__ 合并到子类中。

class A: __slots__ = ('a',)
class B: __slots__ = ('b',)
class AB(A, B): __slots__ = ()  # 需要合并父类的 slots：('a', 'b')

常见问题

如何查看已声明的 __slots__：

print(Point.__slots__)  # 输出： ('x', 'y')

实例是否有 __dict__：

p = Point(1, 2)
print(hasattr(p, '__dict__'))  # 输出：False（如果未显式声明 '__dict__'）

6. 使用场景

内存密集型场景：例如存储大量数据对象（如数据库记录、日志条目）。
高性能需求：需要频繁访问属性时，提升访问速度。
防止属性滥用：限制对象只能拥有特定属性，避免意外修改或添加属性。

7. 示例对比

普通类 vs 使用 `slots`

import sysclass WithoutSlots:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = yclass WithSlots:__slots__ = ('x', 'y')def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = y# 内存对比
print(sys.getsizeof(WithoutSlots(1, 2)))  # 64 bytes（带__dict__）
print(sys.getsizeof(WithSlots(1, 2)))     # 40 bytes（无__dict__）# 访问速度对比
import timeitdef test_normal():obj = WithoutSlots(1, 2)for _ in range(1000):obj.x += 1def test_slots():obj = WithSlots(1, 2)for _ in range(1000):obj.x += 1print("Normal class: ", timeit.timeit(test_normal, number=100000))
print("Slots class:  ", timeit.timeit(test_slots, number=100000))