__slots__を定義する場合の継承に関する注意点

通常、class文によって定義されたクラスのインスタンスは自由にデータメンバを追加することができ、属性の値は__dict__メンバ変数に保存されていますが、クラスに__slots__を定義し、明示的にデータメンバを列挙すると、そのクラスのインスタンスは、__dict__を持たなくなり、列挙されていないデータメンバを持てなくなります。
__dict__を持たない分、メモリが節約でき、またデータメンバへのアクセスも若干早くなります。
ただ、__slots__を定義する際、いくつか注意点があります。
(参考: https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#slots)

1. クラスに__slots__を定義する場合、その基底クラスは全て__slots__を持つ必要がある。

次の例のように、基底クラスに__slots__が定義されていないと、__dict__が生成されてデータメンバが追加可能になり、__slots__を定義した意味が無くなります。

class A:
    pass

class B(A):
    __slots__ = ('foo',)

>>> b = B()

>>> b.bar = 3     # __slots__を定義しているにも関わらず属性が定義できてしまう

>>> b.__dict__    # __dict__が生成されてしまっている
{'bar': 3}

基底クラスに__slots__を定義すると、この問題は解決します。

class A:
    __slots__ = ()    # 空の__slots__を定義する

class B(A):
    __slots__ = ('foo',)

>>> b = B()

>>> b.bar = 3     
AttributeError: 'B' object has no attribute 'bar'

>>> b.__dict__   
AttributeError: 'B' object has no attribute '__dict__'

2. 基底クラスの__slots__に同名の変数の定義があると、重複してデータメンバが確保されていまう。
無駄なアクセスできない変数が生成されてまいます。将来的にはエラーとなるようチェックをかけるかもしれないということですが、Python 3.7時点ではエラーにはなりません。

class A:
    __slots__ = ('foo',)

class B(A):
    __slots__ = ('foo',)

>>> import sys

>>> a = A()

>>> b = B()

>>> sys.getsizeof(a)
48

>>> sys.getsizeof(b)
56

3. 多重継承により、空でない__slots__を持つ複数の基底クラスは持てない。
この制約はエラーになるのですぐにわかりますが、下記のコードを実行するとTypeError: multiple bases have instance lay-out conflictとなります。

class A:
    __slots__ = ('foo',)

class B:
    __slots__ = ('bar',)

class C(A, B):
    __slots__ = ('baz',)

次のように、どちらか一方は空の__slots__となるようにクラスの設計を考え直す必要があります。

class A:
    __slots__ = ()

class B:
    __slots__ = ('foo', 'bar')

class C(A, B):
    __slots__ = ('baz',)

参考: https://stackoverflow.com/questions/472000/usage-of-slots