Thông báo: Download 4 khóa học Python từ cơ bản đến nâng cao tại đây.
Sử dụng __slots__ trong Python
Trong bài viết này, mình sẽ tìm hiểu về thuộc tính __slots__
trong Python – một công cụ mạnh mẽ giúp tối ưu hóa bộ nhớ cho các lớp. Qua đó, bạn sẽ biết cách sử dụng __slots__
để hạn chế việc sử dụng từ điển (dictionaries) khi quản lý các thuộc tính của đối tượng, từ đó giúp cho chương trình trở nên gọn nhẹ và hiệu quả hơn, đặc biệt khi làm việc với số lượng lớn đối tượng.
Giới thiệu về thuộc tính __slots__
trong Python
Xem xét ví dụ về một lớp Point2D
với hai thuộc tính tọa độ x
và y
:
class Point2D: def __init__(self, x, y): self.x = x self.y = y def __repr__(self): return f'Point2D({self.x}, {self.y})'
Mỗi đối tượng của lớp Point2D
sẽ có thuộc tính __dict__
lưu trữ các thuộc tính của đối tượng. Ví dụ:
point = Point2D(0, 0) print(point.__dict__)
Mặc định, Python sử dụng từ điển (dictionary) để quản lý các thuộc tính của đối tượng. Từ điển cho phép bạn thêm thuộc tính mới vào đối tượng một cách linh hoạt trong lúc chạy chương trình. Tuy nhiên, điều này đi kèm với việc tiêu tốn bộ nhớ. Nếu lớp Point2D
có nhiều đối tượng, sẽ gây ra nhiều chi phí về bộ nhớ.
Bài viết này được đăng tại [free tuts .net]
Để giảm thiểu chi phí bộ nhớ, Python giới thiệu thuộc tính __slots__
. Nếu lớp chỉ chứa các thuộc tính đã biết trước, bạn có thể sử dụng __slots__
để yêu cầu Python sử dụng cấu trúc dữ liệu nhỏ gọn hơn thay vì từ điển.
Ví dụ, nếu lớp Point2D
chỉ có hai thuộc tính, bạn có thể định nghĩa __slots__
như sau:
class Point2D: __slots__ = ('x', 'y') def __init__(self, x, y): self.x = x self.y = y def __repr__(self): return f'Point2D({self.x}, {self.y})'
Trong ví dụ này, bạn chỉ định các thuộc tính của lớp trong __slots__
dưới dạng một tuple. Bằng cách này, Python sẽ không sử dụng từ điển __dict__
cho các đối tượng của lớp. Ví dụ:
point = Point2D(0, 0) print(point.__dict__)
Sẽ dẫn đến lỗi AttributeError
:
AttributeError: 'Point2D' object has no attribute '__dict__'
Thay vào đó, bạn sẽ thấy thuộc tính __slots__
trong đối tượng của lớp:
point = Point2D(0, 0) print(point.__slots__)
Kết quả:
('x', 'y')
Ngoài ra, bạn không thể thêm thuộc tính mới cho đối tượng trong lúc chạy chương trình. Ví dụ:
point.z = 0
Sẽ dẫn đến lỗi:
AttributeError: 'Point2D' object has no attribute 'z'
Tuy nhiên, bạn vẫn có thể thêm các thuộc tính cho lớp:
Point2D.color = 'black' print(Point2D.__dict__)
Kết quả:
mappingproxy({ '__doc__': None, '__init__': <function Point2D.__init__>, '__module__': '__main__', '__repr__': <function Point2D.__repr__>, '__slots__': ('x', 'y'), 'color': 'black', 'x': <member 'x' of 'Point2D' objects>, 'y': <member 'y' of 'Point2D' objects> })
Điều này có thể thực hiện được vì Python áp dụng __slots__
cho các đối tượng của lớp, chứ không phải cho chính lớp.
Python __slots__
và kế thừa đơn (single inheritance)
Tiếp theo, mình sẽ xem xét việc sử dụng __slots__
trong ngữ cảnh kế thừa (inheritance).
Lớp cha có sử dụng __slots__
nhưng lớp con thì không
Ví dụ sau định nghĩa lớp Point2D
là lớp cha và Point3D
là lớp con kế thừa từ Point2D
:
class Point2D: __slots__ = ('x', 'y') def __init__(self, x, y): self.x = x self.y = y def __repr__(self): return f'Point2D({self.x}, {self.y})' class Point3D(Point2D): def __init__(self, x, y, z): super().__init__(x, y) self.z = z if __name__ == '__main__': point = Point3D(10, 20, 30) print(point.__dict__)
Kết quả:
{'z': 30}
Lớp Point3D
không sử dụng __slots__
, vì vậy đối tượng của lớp này vẫn có thuộc tính __dict__
. Lớp con Point3D
sẽ sử dụng __slots__
từ lớp cha (nếu có) và sử dụng từ điển cho các thuộc tính của riêng nó.
Nếu bạn muốn lớp Point3D
cũng sử dụng __slots__
, bạn có thể định nghĩa như sau:
class Point3D(Point2D): __slots__ = ('z',) def __init__(self, x, y, z): super().__init__(x, y) self.z = z
Lúc này, lớp Point3D
sẽ sử dụng __slots__
cho tất cả các thuộc tính bao gồm x
, y
và z
.
Lớp cha không sử dụng __slots__
nhưng lớp con có
Ví dụ sau định nghĩa một lớp cha không sử dụng __slots__
và lớp con có:
class Shape: pass class Point2D(Shape): __slots__ = ('x', 'y') def __init__(self, x, y): self.x = x self.y = y
Khi chạy:
point = Point2D(10, 10) point.color = 'black' print(point.__dict__)
Kết quả:
{'color': 'black'}
Trong trường hợp này, đối tượng của lớp Point2D
sử dụng cả __slots__
và từ điển để lưu trữ thuộc tính.
Kết bài
Việc sử dụng từ điển trong Python để lưu trữ thuộc tính giúp linh hoạt trong việc thêm mới thuộc tính, nhưng lại tạo ra chi phí bộ nhớ không cần thiết khi làm việc với nhiều đối tượng. Bằng cách định nghĩa __slots__
cho các lớp có thuộc tính cố định, bạn có thể yêu cầu Python sử dụng cấu trúc dữ liệu gọn nhẹ hơn, thay vì từ điển. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa bộ nhớ mà còn tăng hiệu suất khi chương trình cần quản lý một số lượng lớn đối tượng.