不能从定义 __slots__ 的多个类继承？

Question

最近Python中的一个情况让我很震惊，经过一番研究，它的原因仍然不完全清楚。以下类定义似乎完美无缺，并且会产生预期的效果：

class A: __slots__ = 'a', 'b'
class B(A): __slots__ = ()
class C(A): __slots__ = ()
class D(B, C): __slots__ = ()

这是四个以菱形继承模式排列的类。但是，不允许有某种相似的模式。以下类定义似乎应该与第一个类定义相同：

class B: __slots__ = 'a', 'b'
class C: __slots__ = 'a', 'b'
class D(B, C): __slots__ = ()

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#74>", line 1, in <module>
    class D(B, C): __slots__ = ()
TypeError: multiple bases have instance lay-out conflict

但是，在此示例中引发了 TypeError。所以出现了三个问题：（1）考虑到插槽名称，这是 Python 中的一个错误吗？ (2) 什么可以证明这样的回答是正确的？ (3) 最好的解决方法是什么？

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参考资料：

• __slots__ and multiple inheritance（后面有回复）
• Multiple inheritance and __slots__
• Don't use __slots__
• Multiple Inheritance __slots__ problem

Answer 1

不能从定义__slots__的多个类继承？

关闭。

当存在布局冲突时，您不能从定义 nonempty __slots__ 的多个类继承。

插槽有一个有序的布局，类中创建的描述符依赖于这些位置，因此它们在多重继承下不能有布局冲突。

您最简单的方法失败了，因为每个 a 和 b 被认为是不同的插槽，并且布局算法不会检查它们在语义上是否相同：

class B: __slots__ = 'a', 'b' # creates descriptors in B for a, b
class C: __slots__ = 'a', 'b' # creates new, different descriptors in C
class D(B, C): __slots__ = () # B.a or C.a comes first?

您的第一个示例有效，因为多重继承仅获得A 的插槽，因此所有情况都使用A 的描述符和位置/布局。例如，以下是允许的：

class A: __slots__ = 'a', 'b' # shared parent, ok

class B(A): __slots__ = () # B or C must be empty

class C(A): __slots__ = 'c', # Since C is nonempty, B must be empty to inherit from both

class D(B, C): __slots__ = 'd', 'e'

实例化 D，并使用这些槽：

d = D()
d.a = d.b = d.c = d.d = d.e = 'foo'

而且我们不能动态创建变量：

>>> d.f = 'foo'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'D' object has no attribute 'f'

以上是解决有问题的代码的一种方法，但它可能需要进行一些重写 - 如果您决定 B 需要另一个插槽，您必须将 B 的功能重构为抽象，以便为 D 重用代码（这很好，但可能令人困惑）。

使用抽象是一种最佳做法，另一种解决方案是这样做，其中抽象类和/或 mixin 包含具体类的功能：

class AbstractB: __slots__ = ()

class B(AbstractB): __slots__ = 'a', 'b'

class AbstractC: __slots__ = ()

class C(AbstractC): __slots__ = 'a', 'b'

class Mixin: __slots__ = ()

class D(AbstractB, AbstractC, Mixin): __slots__ = 'a', 'b'

您的第一个示例非常可行，因为它避免了布局冲突，这只是重新构想了一个使用抽象而不是具体的解决方案。

最后的问题：

(1) 考虑到插槽名称，这是 Python 中的错误吗？

不，尽管在这件事上存在很多混淆，但它在一定程度上被记录在案，并且错误试图使这种行为变得清晰。

(2) 什么可以证明这样的答案？

定义槽的类获取知道其数据位置的描述符。如果布局发生变化，描述符就会出错。

每个子类可以创建自己的布局和自己的描述符吗？我想它可以，但这需要对它们的工作方式进行一些重写，并且需要一些政治意愿来做到这一点，并且可以想象会破坏在 C api 中四处寻找并依赖当前行为的其他用户。

(3) 最好的解决方法是什么？

定义“最佳”。

编写速度最快且可能最不复杂？：只需避免像第一个示例中那样的布局冲突。

最佳实践？：使用抽象继承树，并在具体实例中定义槽。虽然使用这种方法可能有更多类，但对于其他人和“未来的你”来说，它可能不那么复杂。

Answer 2

你见过这种替代品吗？ https://stackoverflow.com/a/53063670/1400467

使用元类和伪造的_slots_ 属性有一个“棘手”的解决方法。 这适用于 Python 3.6，希望适用于 Python 3.X。

Answer 3

我遇到了这个错误，我真的很想为我的自定义数据库节点使用插槽。这是我制作的测试套件（在 Python 3.x 中）：

import logging

A = None, 'attr1', 'attr2', 'attr3', 'attr4'

class C12(object):
    __slots__ = (A[1], A[2])

class C1234(object):
    __slots__ = (A[1], A[2], A[3], A[4])

class C34(object):
    __slots__ = (A[3], A[4])

class C3byC12(C12):
    __slots__ = (A[3])

class CEmpty(object):
    __slots__ = ()

MSG_FRM = '\n\tc1: {}\n\tc2: {}\n\t__slots__: {}'
NOT_DEF = 'not defined'

def test(c1, c2, slots):
    logging.debug('*'*20 + ' new class test ' + '*'*20)
    msg = MSG_FRM.format(c1, c2, slots)
    try:
        if slots == NOT_DEF:
            class TestClass(c1, c2): pass
        else:        
            class TestClass(c1, c2):
                __slots__ = slots
    except TypeError:
        logging.exception('BOOM!!! ' + msg)
    else:
        logging.debug('No Boom! ' + msg)
        instance = TestClass()
        if '__dict__' in dir(instance):
            logging.warning('Instance has __dict__!')
        else:
            logging.debug('Instance __slots__:{}'.format(
                          instance.__slots__))
        logging.debug('Attributes in instance dir: {}'.format(
            ' '.join(['X' if (a in dir(instance)) else '_'
                     for a in A[1:]])))

if __name__ == '__main__':
    logging.basicConfig(level=logging.DEBUG)
    test(C12, C34, (A[2], A[4]))
    test(C12, C3byC12, (A[2],))
    test(C3byC12, C12, (A[4],))
    test(C1234, C34, (A[2], A[4]))
    test(C1234, CEmpty, (A[2], A[4]))
    test(C12, CEmpty, (A[2], A[4]))
    test(C12, CEmpty, (A[1], A[2]))
    test(C12, CEmpty, ())
    test(CEmpty, C1234, (A[2], A[4]))
    test(CEmpty, C12, (A[3],))
    test(C12, C34, NOT_DEF)
    test(C12, CEmpty, NOT_DEF)

结果如下：

DEBUG:root:******************** new class test ********************
ERROR:root:BOOM!!!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.C34'>
        __slots__: ('attr2', 'attr4')
Traceback (most recent call last):
  File "boom.py", line 30, in test
    class TestClass(c1, c2):
TypeError: multiple bases have instance lay-out conflict
DEBUG:root:******************** new class test ********************
ERROR:root:BOOM!!!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.C3byC12'>
        __slots__: ('attr2',)
Traceback (most recent call last):
  File "boom.py", line 30, in test
    class TestClass(c1, c2):
TypeError: Cannot create a consistent method resolution
order (MRO) for bases C3byC12, C12
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C3byC12'>
        c2: <class '__main__.C12'>
        __slots__: ('attr4',)
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr4',)
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X X X
DEBUG:root:******************** new class test ********************
ERROR:root:BOOM!!!
        c1: <class '__main__.C1234'>
        c2: <class '__main__.C34'>
        __slots__: ('attr2', 'attr4')
Traceback (most recent call last):
  File "boom.py", line 30, in test
    class TestClass(c1, c2):
TypeError: multiple bases have instance lay-out conflict
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C1234'>
        c2: <class '__main__.CEmpty'>
        __slots__: ('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X X X
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.CEmpty'>
        __slots__: ('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X _ X
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.CEmpty'>
        __slots__: ('attr1', 'attr2')
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr1', 'attr2')
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X _ _
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.CEmpty'>
        __slots__: ()
DEBUG:root:Instance __slots__:()
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X _ _
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.CEmpty'>
        c2: <class '__main__.C1234'>
        __slots__: ('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr2', 'attr4')
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X X X
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.CEmpty'>
        c2: <class '__main__.C12'>
        __slots__: ('attr3',)
DEBUG:root:Instance __slots__:('attr3',)
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X X _
DEBUG:root:******************** new class test ********************
ERROR:root:BOOM!!!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.C34'>
        __slots__: not defined
Traceback (most recent call last):
  File "boom.py", line 28, in test
    class TestClass(c1, c2): pass
TypeError: multiple bases have instance lay-out conflict
DEBUG:root:******************** new class test ********************
DEBUG:root:No Boom!
        c1: <class '__main__.C12'>
        c2: <class '__main__.CEmpty'>
        __slots__: not defined
WARNING:root:Instance has __dict__!
DEBUG:root:Attributes in instance dir: X X _ _

如您所见，您有两个选择：

1. 要么为除一个父类之外的所有类定义 __slots__ = ()，
2. 或使其中一个父类成为另一个的子类。

注意，你也应该在新类中定义__slots__，否则它会得到一个__dict__。

Answer 4

通过强制没有类定义 __slots__ 的约束，可以构造一个具有所有子类所需特征的特殊对象类。该类被注册为常规对象的别名。

class _object: __slots__ = '_MetaSafe__exec', '__dict__'

class MetaSafe(type):

    __REGISTRY = {object: _object}

    @classmethod
    def clone(cls, old):
        return cls(old.__name__, old.__bases__, dict(old.__dict__), old)

    def __new__(cls, name, bases, classdict, old=None):
        # Check on a few classdict keys.
        assert '__new__' not in classdict, '__new__ must not be defined!'
        assert '__slots__' not in classdict, '__slots__ must not be defined!'
        assert '__module__' in classdict, '__module__ must be defined!'
        # Validate all the parent classes.
        valid = []
        for base in bases:
            if base in cls.__REGISTRY:
                valid.append(cls.__REGISTRY[base])
            elif base in cls.__REGISTRY.values():
                valid.append(base)
            else:
                valid.append(cls.clone(base))
        # Wrap callables without thread mark.
        for key, value in classdict.items():
            if callable(value):
                classdict[key] = cls.__wrap(value)
        # Fix classdict and create new class.
        classdict.update({'__new__': cls.__new, '__slots__': (), '__module__':
                          '{}.{}'.format(__name__, classdict['__module__'])})
        cls.__REGISTRY[old] = new = \
            super().__new__(cls, name, tuple(valid), classdict)
        return new

    def __init__(self, name, bases, classdict, old=None):
        return super().__init__(name, bases, classdict)

    @staticmethod
    def __wrap(func):
        @functools.wraps(func)
        def safe(self, *args, **kwargs):
            return self.__exec(func, self, *args, **kwargs)
        return safe

    @classmethod
    def __new(meta, cls, *args, **kwargs):
        self = object.__new__(cls, *args, **kwargs)
        if 'master' in kwargs:
            self.__exec = kwargs['master'].__exec
        else:
            array = tuple(meta.__REGISTRY.values())
            for value in args:
                if isinstance(value, array):
                    self.__exec = value.__exec
                    break
            else:
                self.__exec = Affinity()
        return self

此代码可用作构建块，通过克隆其类使tkinter 线程安全。 Affinity 类自动确保代码在单线程上执行，防止出现 GUI 错误。