Python类中的魔法方法之 __slots__原理解析

Python中的类可以定义各种各样的魔法方法，这些魔法方法通过在类中定义特殊的方法名来触发各种运算以及特殊操作。而 __slots__ 就是Python中一个特殊的魔法方法，它可以在定义类时指定一个类成员列表，从而限制实例对象的属性只能为 __slots__ 中所列出的成员名。

1. 为何需要使用 slots

在Python中，类声明时并不需要指定实例的属性名称，而是随着实例的创建动态添加属性。这个特性成为动态语言的一个优势，但在某些情况下会导致不必要的内存浪费和运行效率，特别是当实例的属性非常多的时候。

在这种情况下，我们可以使用 __slots__ 方法来限制实例的属性，从而可以有效地控制内存使用和程序运行效率。

2. slots 原理

在Python中，每个对象都有一个指向其类的指针。当访问一个对象的属性时， Python会首先在对象实例中查找该属性，如果找不到，就会到对象的类中去查找。如果类中也没有这个属性，那么将继续在类的顶层父类中去查找，直到找到该属性或抛出 AttributeError 异常为止。

因此， Python每次在获取属性的时候都需要进行一次属性查找，而这个过程涉及到了多次的字典操作。而使用 slots 可以限制类的实例只能存储预定义的属性名称，从而可以大幅度减少属性查找次数，提高性能。

3. 示例说明

下面我们通过两个示例说明 __slots__ 的使用方法和使用效果。

示例1：使用 slots 限制属性

class Student:
    __slots__ = ['name', 'age', 'gender']

    def __init__(self, name, age, gender):
        self.name = name
        self.age = age
        self.gender = gender

s = Student("Tom", 18, "male")
s.score = 90  # 将引发 AttributeError 异常

在上面的例子中，我们定义了一个 Student 类，并在其中使用 slots 属性限制类的实例只能存储属性 name、 age 和 gender，试图增加其他属性将会引发 AttributeError 异常。

示例2：实现一个卡牌游戏

我们可以使用 slots 来实现一个具有简单功能的卡牌游戏：

class Card:
    __slots__ = ['rank', 'suit']

    def __init__(self, rank, suit):
        self.rank = rank
        self.suit = suit

class Deck:
    __slots__ = ['cards']

    def __init__(self):
        ranks = [str(n) for n in range(2, 11)] + list('JQKA')
        suits = 'diamonds clubs hearts spades'.split()
        self.cards = [Card(rank, suit) for rank in ranks for suit in suits]

    def shuffle(self):
        import random
        random.shuffle(self.cards)

    def deal(self):
        return self.cards.pop()

deck = Deck()
print(deck.cards)
deck.shuffle()
print(deck.cards)
print(deck.deal())

在上面的例子中，我们定义了两个类， Card 和 Deck，并在其中使用 slots 属性限制了实例的属性。我们通过实现 Deck 来模拟一副扑克牌，并使用 shuffle 方法来洗牌，使用 deal 方法来模拟发牌，其中发牌将会返回一张牌并从牌堆中删除该牌。

这里的例子中使用了 slots 来限制 Card 类的实例只能存储属性 rank和suit，而 Deck 类的实例只能存储属性 cards。这样做可以避免在实例化对象时创建额外的字典，从而提高程序的性能。

以上就是关于 Python 类中的 __slots__ 的原理解析和示例演示。