__slots__: 메모리 효율적인 클래스

지난 글에서 불변 데이터 클래스를 구성하는 방법을 살펴보았습니다. 이번에는 메모리와 접근 성능을 동시에 개선하는 __slots__를 다룹니다. 수백만 개의 인스턴스를 생성하는 경우 __slots__로 메모리를 50~80%까지 줄일 수 있습니다.

기본 동작 원리

일반 Python 클래스의 인스턴스는 __dict__라는 딕셔너리를 가지며, 모든 인스턴스 속성이 이 딕셔너리에 저장됩니다. __slots__를 선언하면 __dict__ 대신 고정 크기 배열에 직접 저장됩니다.

class Regular:
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y

class Slotted:
    __slots__ = ('x', 'y')
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y

r = Regular(1, 2)
s = Slotted(1, 2)

hasattr(r, '__dict__')  # True
hasattr(s, '__dict__')  # False

메모리 구조 비교

코드 예제

메모리 절감 측정

import sys

class Regular:
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y

class Slotted:
    __slots__ = ('x', 'y')
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y

r = Regular(1, 2)
s = Slotted(1, 2)

print(sys.getsizeof(r))   # 48 (객체만, __dict__ 별도)
print(sys.getsizeof(s))   # 56 (모두 포함)
# 실제 메모리: r.__dict__ 포함 시 훨씬 큼

실제 절감 효과는 백만 인스턴스 기준으로 수십 MB에서 수백 MB 차이가 납니다.

동적 속성 제한

__slots__에 없는 속성을 할당하면 AttributeError가 발생합니다.

s = Slotted(1, 2)
s.z = 3  # AttributeError: 'Slotted' object has no attribute 'z'

이 제한이 의도치 않은 오타로 인한 버그도 방지합니다. 동적으로 속성을 추가할 필요가 있다면 '__dict__'를 __slots__에 포함합니다.

class Flexible:
    __slots__ = ('x', 'y', '__dict__')

상속과 slots

자식 클래스에서 __slots__를 선언하지 않으면 자동으로 __dict__가 생깁니다.

class Parent:
    __slots__ = ('x',)

class Child(Parent):  # __slots__ 없음
    pass              # __dict__ 자동 생성

c = Child()
c.z = 99  # 가능 — 메모리 절감 효과 없어짐

전체 계층에서 __slots__를 유지하려면 자식 클래스에도 선언해야 합니다. 자식 클래스에는 부모에 없는 추가 슬롯만 선언합니다.

class Parent:
    __slots__ = ('x',)

class Child(Parent):
    __slots__ = ('z',)  # y는 부모에서 상속

@dataclass(slots=True) — Python 3.10+

Python 3.10부터 @dataclass(slots=True)로 자동으로 __slots__를 생성할 수 있습니다.

from dataclasses import dataclass

@dataclass(slots=True)
class Point:
    x: float
    y: float
    z: float = 0.0

p = Point(1.0, 2.0)
hasattr(p, '__dict__')  # False

타입 힌트로 선언된 필드를 자동으로 __slots__에 포함합니다. frozen=True와 함께 쓰면 불변 + 메모리 효율을 동시에 달성합니다.

언제 __slots__를 쓸까

• 같은 클래스의 인스턴스를 수천~수백만 개 생성하는 경우
• 메모리가 제한된 환경 (임베디드, 대용량 데이터 처리)
• 동적 속성 추가를 막아 코드 실수를 방지하고 싶은 경우

단순 스크립트나 인스턴스 수가 적은 경우에는 일반 클래스가 더 유연합니다.

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지난 글: frozen dataclass: 불변 데이터 클래스

다음 글: 모듈 검색 경로: sys.path와 import 동작

읽어주셔서 감사합니다. 😊