Экономия памяти со __slots__

В Python атрибуты классов по-умолчанию хранятся в специальном dunder-атрибуте __dict__. В описании класса его задавать не надо, он есть неявно и доступен для просмотра при необходимости. Каждый экземпляр класса также имеет свой __dict__:

class Standard:
	def __init__(self, x, y):
		self.x = x
		self.y = y
		
std = Standard(100, 200)
std.__dict__ # {'x': 100, 'y': 200}

Помимо того, что и класс и экземпляры отдельно занимают своими __dict__ место в памяти, хранение данных в словарях само по себе несет большие накладные расходы. Хеш-таблица в основе словаря хранит служебные структуры и растёт скачками при увеличении числа атрибутов, поэтому на больших количествах объектов затраты памяти ощутимы:

from sys import getsizeof

std_size = getsizeof(std) + getsizeof(std.__dict__)
std_size # 344 байта

Один из эффективных способов сэкономить память, это реализовать в классе специальный атрибут __slots__ и объявить в нем последовательность атрибутов экземпляра. Тогда вместо __dict__, Python будет использовать альтернативную структуру хранения атрибутов с помощью дескрипторов. __slots__ для экземпляров классов отдельно не создается и хранится только на уровне класса:

class Slot:
	__slots__ = ('x', 'y') # Неизменный кортеж из имен атрибутов
	
	def __init__(self, x, y): # Остальное – без изменений
		self.x = x
		self.y = y
		
slt = Slot(100, 200)
slt.__dict__ # **AttributeError**: 'Slot' object has no attribute '__dict__'. Did you mean: '__dir__'?

slt_size = getsizeof(slt)
slt_size # 48 байтов

Так добавив одну строчку кода, можно сэкономить расходы памяти в приложении, где требуется создавать миллионы одинаковых объектов.

---
Важные ограничения

1. Стоит отметить, что реализация __slots__ запрещает динамически добавлять экземпляру класса атрибуты, в отличие от __dict__. В ситуациях, где такое необходимо, __slots__ не подойдет.

   std.z = 300
   std.__dict__ # {'x': 100, 'y': 200, 'z': 300}
   
   slt.z = 300 # **AttributeError**: 'Slot' object has no attribute 'z' and no __dict__ for setting new attributes
   

2. Важно, не забывать расширять слоты, если мы добавляем в код класса новые атрибуты:

   class PartialSlots:
   	__slots__ = ('x', 'y') # Не добавили атрибут экземпляра 'z'
   	
   	def __init__(self, x, y, z):
   		self.x = x
   		self.y = y
   		self.z = z
   
   p = PartialSlots(100, 200, 300) # **AttributeError**: 'PartialSlots' object has no attribute 'z' and no __dict__ for setting new attributes
   

3. В подклассах от класса со __slots__ наследование этого атрибута проходит лишь частично. Для полноценного использования, его стоит определить еще раз, включив новые атрибуты подкласса:

   # Подкласс без доп. логики
   class InheritSlot(Slot):
       pass
   
   
   inh_slt = InheritSlot(100, 200)
   
   inh_slt.__dict__ # {}, атрибут снова доступен
   inh_slt.z = 300 # Нет ошибок при динамическом расширении атрибутов
   inh_slt.__dict__ # {'z': 300}, словарь подкласса снова занимает память
   
   # Поправим
   class InheritSlot(Slot): 
        __slots__ = ('z', ) # Слоты суперкласса добавятся в начало кортежа. В конце не забываем запятую, так как это кортеж из одного элемента.
   
   
   inh_slt2 = InheritSlot(100, 200, 300)
   inh_slt2.__dict__ # AttributeError ... теперь слоты используются корректно в подклассе