试试Python的slots魔法，再也不用担心内存不够用了！

最新推荐文章于 2025-03-02 09:49:24 发布

图灵学者

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分类专栏： python精华文章标签： python 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xyh2004/article/details/139770860

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2.4 __slots__与@property装饰器

3、深入探索：__slots__限制与规避 🕵️‍♀️

3.1 __slots__限制详述

3.2 绕过限制的技巧

3.3 注意事项：继承与多态影响

4、实战案例：大型项目中的__slots__部署 🏭

5.1 __dict__与__slots__深度剖析

5.2 weakref与gc模块辅助优化

5.3 数据类dataclasses与__slots__

6、总结与展望 🚀

1、初始之解：slots基础运用

在Python的世界里，内存管理是个不可忽视的话题，而__slots__就是这门语言提供的一项强大特性，它能帮助我们有效控制类实例的内存占用。下面，我们将逐步揭开它的神秘面纱，从基础概念到实战演练，深入探讨如何利用__slots__来优化我们的程序。

1.1 `slots`魔法简介

__slots__是一个类变量，用于声明类中允许绑定的属性名称列表。当一个类定义了__slots__后，Python将不会为该类的实例创建字典(__dict__)来存储属性，而是仅分配固定大小的空间来存放指定的属性。这种方式减少了内存消耗，尤其对于大量实例的类而言，效果显著。

1.2 如何节省内存空间

在常规情况下，Python类的每个实例都会自动获得一个字典来存储实例变量。这个字典不仅包含用户定义的属性，还可能包括类继承的属性。而__slots__通过限制实例属性的数量并直接在实例中预留位置，省去了字典的开销，从而节省了内存空间。

示例代码：

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

class SlotsClass:
    __slots__ = ('name', 'age')
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

import sys

# 测试内存占用
classic_instance = ClassicClass('Alice', 30)
slots_instance = SlotsClass('Bob', 28)

print(f"经典类实例内存占用: {sys.getsizeof(classic_instance)} 字节")
print(f"使用__slots__类实例内存占用: {sys.getsizeof(slots_instance)} 字节")

输出结果：

经典类实例内存占用: 56 字节
使用__slots__类实例内存占用: 48 字节

1.3 实战示例：类定义与性能对比

考虑一个简单的员工类，如果不使用__slots__ ，每次创建实例时都会伴随一个字典的创建。然而，如果我们预计会有成千上万个员工对象，内存消耗将迅速累积。

# 未使用__slots__的经典员工类
class Employee:
    def __init__(self, id, name):
        self.id = id
        self.name = name

# 使用__slots__优化的员工类
class OptimizedEmployee:
    __slots__ = ('id', 'name')
    def __init__(self, id, name):
        self.id = id
        self.name = name
import sys
# 实例化并比较内存占用
emp1 = Employee(1, 'Charlie')
emp2 = OptimizedEmployee(2, 'David')

print(f"经典员工类实例内存占用: {sys.getsizeof(emp1)} 字节")
print(f"优化员工类实例内存占用: {sys.getsizeof(emp2)} 字节")

输出结果：

经典员工类实例内存占用: 56 字节
优化员工类实例内存占用: 48 字节

通过上述代码示例，我们可以直观地看到，在创建具有相同属性的类实例时，使用__slots__的类相比传统类能够显著减少内存占用。这对于构建高效、大规模数据处理的应用程序尤为关键。

请注意，虽然__slots__能提升内存效率，但它限制了动态添加属性的能力，并且不适用于需要高度灵活性的场景。在决定是否采用__slots__时，应当权衡内存优化与代码灵活性的需求。

2、进阶篇：结合元类深化理解 🧠

在Python的高级编程领域，元类是掌握面向对象设计的钥匙，它允许我们控制类的创建过程。当我们将元类与__slots__相结合时，可以实现对类结构的动态管理和增强，进一步优化内存使用和提升程序灵活性。

2.1 元类回顾与应用

元类是类的类，负责生成或修改类。在Python中，所有类本质上都是由元类创建的，默认元类是type。通过自定义元类，我们可以在类定义时执行额外操作，比如自动添加属性、方法，或者如我们将要展示的，动态设定__slots__。

class MetaWithSlots(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        # 动态添加__slots__到类定义中
        if '__slots__' not in dct:
            dct['__slots__'] = ('id', 'name')  # 默认slots
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

2.2 动态管理`slots`

借助元类，我们可以在运行时动态调整__slots__配置。这对于那些需要根据特定条件或环境改变内存布局的类特别有用。例如，一个类可以根据配置文件决定是否启用__slots__，或根据类的用途动态调整存储的属性集合。

class DynamicSlots(metaclass=MetaWithSlots):
    pass  # 具体属性由元类动态添加

dynamic_instance = DynamicSlots()
print(f"动态类实例内存占用: {sys.getsizeof(dynamic_instance)} 字节")