上一篇翻譯了一篇Python中使用__slots__達(dá)到節(jié)省內(nèi)存的方法轮纫，今天就看一下Python內(nèi)部是怎么實(shí)現(xiàn)__slots__這個(gè)功能的。
>>> class A(object):
... slots = ["v"]
...
>>> a = A()
>>> a.v = 1
>>> a.b = 1
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'A' object has no attribute 'b'
>>> type(A.v)
<type 'member_descriptor'>

上面這一段代碼峡谊，Class A聲明了__slots__參數(shù)兑巾，對(duì)實(shí)例a的v變量進(jìn)行賦值沒(méi)有問(wèn)題骡显，但對(duì)實(shí)例a的b變量賦值浇冰，則會(huì)有個(gè)AttributeError的異常發(fā)生。再仔細(xì)看看A.v洋魂，原來(lái)他是一個(gè)descriptor(有時(shí)間可以寫(xiě)一篇Python descriptor相關(guān)的文章绷旗，Python中很多功能的實(shí)現(xiàn)都離不開(kāi)descriptor)喜鼓！
那么，Python在構(gòu)建Class A的時(shí)候到底都做了什么衔肢，我們慢慢地解析下去庄岖。

Class A的創(chuàng)建

Python中類(lèi)的構(gòu)建的相關(guān)字節(jié)碼是BUILD_CLASS:

  # in ceval.c
  case BUILD_CLASS:
        u = TOP();
        v = SECOND();
        w = THIRD();
        STACKADJ(-2);
        x = build_class(u, v, w);
        SET_TOP(x);
        Py_DECREF(u);
        Py_DECREF(v);
        Py_DECREF(w);

順著這段起始代碼順藤摸瓜，最后會(huì)到命名為type_new的方法中去：

  # in typeobject.c
  static PyObject *
  type_new(PyTypeObject *metatype, PyObject *args, PyObject *kwds) {
        ....
        // dict 可以理解為你將要新建的類(lèi)的locals膀懈，里面便含有__slots__字段
        if (!PyArg_ParseTupleAndKeywords(args, kwds, "SO!O!:type", kwlist,
                                 &name,
                                 &PyTuple_Type, &bases,
                                 &PyDict_Type, &dict))
            return NULL;
        ....
        // 獲取__slots__參數(shù)
        slots = PyDict_GetItemString(dict, "__slots__");
        nslots = 0;
        add_dict = 0;    // 是否要加入__dict__
        add_weak = 0;  // 是否要加入__weakref__
        
        if (slots == NULL) {
              //... ignore
        } else {
              // 會(huì)對(duì)slots做一下處理顿锰，包括計(jì)算nslots谨垃，但不影響我們對(duì)slots實(shí)現(xiàn)的理解
        }
        
        // 為需要?jiǎng)?chuàng)建的類(lèi)分配空間
        type = (PyTypeObject *)metatype->tp_alloc(metatype, nslots);
        ....
        // 轉(zhuǎn)換指針启搂，變?yōu)镻yHeapTypeObject，PyHeapTypeObject和PyTypeObject的關(guān)系可以認(rèn)為是包含關(guān)系刘陶，具體的細(xì)節(jié)可以再寫(xiě)一篇文章了
        et = (PyHeapTypeObject *)type;
        ....
        // 將slots相關(guān)的參數(shù)設(shè)置為members
        mp = PyHeapType_GET_MEMBERS(et);
        slotoffset = base->tp_basicsize;
        if (slots != NULL) {
            for (i = 0; i < nslots; i++, mp++) {
                mp->name = PyString_AS_STRING(
                              PyTuple_GET_ITEM(slots, i));
                mp->type = T_OBJECT_EX;
                mp->offset = slotoffset;
                ....
                slotoffset += sizeof(PyObject *);
             }
         }
         ....
         type->tp_members = PyHeapType_GET_MEMBERS(et);
         ....
         PyType_Ready(type);
         ....
}

上面我們忽略了一些不相干的代碼胳赌，代碼的主要邏輯就是將__slots__定義的內(nèi)容放到type的末尾，并且讓type的tp_members變量指向type的末尾匙隔，這些內(nèi)容將會(huì)在PyType_Ready函數(shù)中用到疑苫。
這里忽略PyType_Ready的內(nèi)容，只說(shuō)明在PyType_Ready中會(huì)調(diào)用add_members方法纷责，下面看一下add_members的實(shí)現(xiàn)：

# in typeobject.c
static int
add_members(PyTypeObject *type, PyMemberDef *memb) {
    PyObject *dict = type->tp_dict;
    for (; memb->name != NULL; memb++) {
          PyObject *descr;
          if (PyDict_GetItemString(dict, memb->name))
              continue;
          descr = PyDescr_NewMember(type, memb);
          if (descr == NULL)
              return -1;
          if (PyDict_SetItemString(dict, memb->name, descr) < 0)
              return -1;
          Py_DECREF(descr);
      }
      return 0;
}

上面的代碼邏輯還是很好理解的捍掺，將memb里面的內(nèi)容（即slots的內(nèi)容）創(chuàng)建為member_descriptor，加入到tp_dict里面去再膳。

Class A的屬性設(shè)置

實(shí)例的屬性設(shè)置最終會(huì)在PyObject_GenericSetAttr方法中處理挺勿，PyObject_GenericSetAttr方法又會(huì)調(diào)用_PyObject_GenericSetAttrWithDict方法，我們來(lái)看一下_PyObject_GenericSetAttrWithDict方法到底怎么做的喂柒，才可以實(shí)現(xiàn)文章開(kāi)始展示的效果不瓶。

int
_PyObject_GenericSetAttrWithDict(PyObject *obj, PyObject *name,
                             PyObject *value, PyObject *dict) {
    PyTypeObject *tp = Py_TYPE(obj);
    descr = _PyType_Lookup(tp, name);
    f = NULL;
    if (descr != NULL &&
        PyType_HasFeature(descr->ob_type,Py_TPFLAGS_HAVE_CLASS)) {
        f = descr->ob_type->tp_descr_set;
        // 對(duì)于slots相關(guān)的參數(shù)將會(huì)進(jìn)入下面的if語(yǔ)句
        if (f != NULL && PyDescr_IsData(descr)) {
            res = f(descr, obj, value);
            goto done;
        }
    }
    ....
    if (dict == NULL) {
        // 對(duì)于不是slots提供的屬性，嘗試去obj自己的dict中查找灾杰，
        // 但在構(gòu)建類(lèi)時(shí)蚊丐，由于有__slots__屬性，所以tp_dictoffset為0艳吠，
        // 因此dictptr等于NULL
        dictptr = _PyObject_GetDictPtr(obj);
        if (dictptr != NULL) {
              .... 
        }
    }
    if (dict != NULL) {....}
    if (f != NULL) {....}
    if (descr == NULL) {
        // 此時(shí)輸出錯(cuò)誤信息
        PyErr_Format(PyExc_AttributeError,
                 "'%.100s' object has no attribute '%.200s'",
                 tp->tp_name, PyString_AS_STRING(name));
        goto done;
    }
    ....
}

對(duì)于slots定義的變量麦备，會(huì)找到對(duì)應(yīng)的descr，調(diào)用對(duì)應(yīng)的set方法昭娩，對(duì)于slots沒(méi)有定義的變量凛篙，最終會(huì)跑到拋出異常的那段邏輯。

總結(jié)

__slots__的實(shí)現(xiàn)還是比較好懂的题禀，Python在構(gòu)建類(lèi)的時(shí)候鞋诗，會(huì)檢查_(kāi)_slots__變量是否存在，如果存在迈嘹，為slots變量建立member_descriptor削彬，并放入tp_dict里面全庸，并且這個(gè)類(lèi)的tp_dictoffset為0，它的實(shí)例將不會(huì)有自己的__dict__融痛。