python - 如何使__slots__更好地使用数据类？

Question

从Python3.7的数据类中删除对__slots__的直接支持。
尽管如此，__slots__仍然可以用于数据类：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class C():
    __slots__ = "x"
    x: int

但是，由于__slots__的工作方式，无法为数据类字段分配默认值：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class C():
    __slots__ = "x"
    x: int = 1

这将导致错误：

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: 'x' in __slots__ conflicts with class variable

如何使__slots__和默认dataclass字段一起工作？

Answer 1

这个问题不是数据类独有的。任何冲突的类属性都将在一个槽上踩踏：

class Failure:
    __slots__ = tuple("xyz")
    x=1
# ERROR

这就是插槽的工作原理。为了防止这种情况发生，必须在实例化类对象之前更改类命名空间，以便在类对象成员中没有两个竞争对象竞争同一时隙：
指定（默认）值（或字段对象）
由slots机器创建的成员描述符
因此，父类上的__init_subclass__方法是不够的，类装饰器也不够，因为在这两种情况下，类对象都已创建。
在这种情况下，槽机械被改变以允许更大的灵活性之前，我们唯一的选择是使用一个元类。
为解决此问题而编写的任何元类至少必须：
从命名空间中删除冲突的类属性/成员
实例化类对象以创建插槽描述符
保存对插槽描述符的引用
将先前移除的成员及其值放回类中（以便__dict__机器可以找到它们）
将类对象传递给dataclassdecorator
将插槽描述符恢复到各自的位置
还要考虑大量的拐角情况（例如，如果有dataclass槽该怎么办）
至少可以说，这是一项极其复杂的工作。像下面这样定义类（这样就不会发生冲突）会更容易一些，然后在之后对其进行修改，这样dataclass字段就有了所需的默认值。

@dataclass
class C:
    __slots__ = "x"
    x: int # field(default = 1)

修改很简单。更改__dict__签名以反映所需的默认值，然后更改__init__以反映默认值的存在。

from functools import wraps

def change_init_signature(init):
    @wraps(init)
    def __init__(self, x=1):
        init(self,x)
    return __init__

C.__init__ = change_init_signature(C.__init__)

C.__dataclass_fields__["x"].default = 1

测试：

>>> C()
C(x=1)
>>> C(2)
C(x=2)
>>> C.x
<member 'x' of 'C' objects>
>>> vars(C())
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: vars() argument must have __dict__ attribute

它起作用了！
通过一些努力，可以使用一个所谓的__dataclass_fields__decorator以上述方式自动更改类。这将需要与dataclasses api有所不同-可能类似于：

@slotted_dataclass(x:int=field(default=1))
class C:
    __slots__="x"

同样的事情也可以通过父类上的slotted_dataclass方法来实现：

class SlottedDataclass:
    def __init_subclass__(cls, **kwargs):
        cls.__init_subclass__()
        # make the class changes here

class C(SlottedDataclass, x=1):
    __slots__ = "x"
    x: int

解决这个问题的另一种可能的方法可能是将__init_subclass__实用程序函数添加到dataclasses api（或者添加到具有自己的装饰器的自定义、单独的api）。
可能会有如下效果：

@slotted_dataclass
class C:
    __slots__ = dataclass_slots(x=field(default=1))
    x: int

dataclass_slots函数返回的对象将是iterable，并允许现有的slots机器工作。不过，它也允许dataclass_slots装饰器在之后适当地创建字段对象、方法等。