Python 的魔法属性__slots__：内存优化与速度提升秘籍

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Python 的魔法属性slots：内存优化与速度提升秘籍

在 Python 面向对象编程中，__slots__ 是一个特殊的类属性，用于显式声明类实例允许拥有的属性，从而优化内存使用和提高访问速度。以下是详细解释和代码示例：

一、基本作用

限制实例属性
显式声明允许的属性名称，禁止实例动态添加其他属性
优化内存
实例不再使用 __dict__ 字典存储属性，改用更紧凑的数据结构
加速访问
属性访问速度提升约 20-30%

二、代码对比示例

1. 普通类（不使用 `slots`）

class RegularUser:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# 可以动态添加新属性
user = RegularUser("Alice", 25)
user.email = "alice@example.com"  # 允许
print(user.__dict__)  # 输出: {'name': 'Alice', 'age': 25, 'email': 'alice@example.com'}

2. 使用 `slots` 的类

class SlotUser:
    __slots__ = ('name', 'age')  # 显式声明允许的属性
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

# 尝试添加未声明的属性会报错
user = SlotUser("Bob", 30)
try:
    user.email = "bob@example.com"  # 触发 AttributeError
except AttributeError as e:
    print(f"错误: {str(e)}")  # 输出: 'SlotUser' object has no attribute 'email'

三、内存优化对比

使用 sys.getsizeof 查看对象内存占用（需导入 sys 模块）：

import sys

# 创建大量实例对比内存差异
regular_users = [RegularUser("User", i) for i in range(100000)]
slot_users = [SlotUser("User", i) for i in range(100000)]

print(f"普通类实例总内存: {sum(sys.getsizeof(u) for u in regular_users):,} bytes")
print(f"Slot类实例总内存: {sum(sys.getsizeof(u) for u in slot_users):,} bytes")

典型输出结果：

普通类实例总内存: 11,200,000 bytes
Slot类实例总内存: 7,200,000 bytes

四、继承中的注意事项

当存在继承关系时，子类需要显式定义 __slots__：

class BaseUser:
    __slots__ = ('user_id',)

class AdminUser(BaseUser):
    __slots__ = ('permissions',)  # 必须显式声明
    
    def __init__(self, user_id, permissions):
        super().__init__(user_id)
        self.permissions = permissions

# 合并父类 slots
class SuperUser(BaseUser):
    __slots__ = BaseUser.__slots__ + ('level',)  # 正确做法

五、使用场景建议

场景	推荐使用	不建议使用
需要创建大量实例（10万+）	✅
实例属性固定且数量少（<10）	✅
需要动态添加属性		❌
使用弱引用（weakref）		❌（需额外声明 `__weakref__`）