Краткий ответ

Слабую ссылку на экземпляр класса со __slots__ можно создать, если класс или один из его базовых классов предоставляет специальный слот __weakref__. Если такой слот отсутствует во всей иерархии, weakref.ref() завершится ошибкой TypeError.

__weakref__ не является обычным пользовательским атрибутом: он резервирует во внутреннем представлении экземпляра место для служебной информации, необходимой механизму слабых ссылок.

Исторический контекст

Слабые ссылки нужны для наблюдения за объектом без продления его времени жизни. Это важно для кэшей, таблиц метаданных и других структур, которые не должны владеть объектами и препятствовать их сборке.

__slots__ появился как способ явно задать набор атрибутов экземпляра и отказаться от автоматически создаваемого __dict__. Ограничение структуры объекта уменьшает накладные расходы, но означает, что дополнительные служебные возможности, включая слабые ссылки, должны быть явно предусмотрены.

Постановка проблемы

Разработчик может добавить __slots__ ради экономии памяти, а затем передать экземпляр в библиотеку, которая хранит слабые ссылки. Если в иерархии классов нет поддержки __weakref__, создание такой ссылки неожиданно завершится исключением.

Противоположная ошибка тоже возможна: без необходимости добавлять __weakref__ во множество экземпляров. Это увеличивает размер каждого экземпляра и частично снижает выигрыш от использования слотов.

Подробное решение

При обычном классе поддержка слабых ссылок обычно доступна автоматически. У класса со слотами она сохраняется только в том случае, если специальный слот __weakref__ объявлен в самом классе либо такая поддержка унаследована от базового класса.

Минимальный пример:

import weakref

class WithoutWeakref:
    __slots__ = ('value',)

class WithWeakref:
    __slots__ = ('value', '__weakref__')

a = WithoutWeakref()
b = WithWeakref()

weakref.ref(a)  # TypeError
weakref.ref(b)  # допустимо

Слот __weakref__ не означает, что экземпляр обязательно будет кем-то слабо ссылаться. Он только делает экземпляр совместимым с этим протоколом. Сам объект, на который указывает слабая ссылка, не удерживается от уничтожения: после удаления сильных ссылок weakref.ref начинает возвращать None.

Наличие __dict__ и наличие __weakref__ — разные свойства. Добавление __dict__ разрешает динамически создавать атрибуты, но вопрос поддержки слабых ссылок определяется отдельным служебным слотом или наследованием этой поддержки.

При проектировании нужно учитывать иерархию. Если базовый класс уже поддерживает слабые ссылки, экземпляры подкласса обычно сохраняют эту возможность, даже если подкласс использует __slots__ = (). Поэтому проверять следует не только объявление текущего класса, но и базовые классы.

Ситуация из практики

В сервисе есть миллион небольших объектов-ключей, для которых разрешён только фиксированный набор атрибутов. Команда добавила __slots__, чтобы убрать отдельный словарь экземпляра, но библиотека кэширования использует weakref.WeakValueDictionary и перестала принимать эти объекты.

Вариант с отказом от __slots__ прост и совместим, но создаёт __dict__ у каждого экземпляра, что увеличивает память. Вариант с добавлением __dict__ в слоты восстанавливает динамические атрибуты, но не решает задачу минимальной фиксированной структуры и не является заменой __weakref__.

Выбранное решение — добавить __weakref__ в __slots__, если слабое владение действительно является контрактом кэша. Это сохраняет запрет на произвольные атрибуты и добавляет только необходимую служебную поддержку; если же кэш можно изменить на хранение сильных ссылок или идентификаторов, от слабых ссылок лучше отказаться осознанно.

Что кандидаты часто упускают

Достаточно ли объявить __weakref__ в каждом подклассе?

Нет. Поддержка слабых ссылок может быть унаследована от базового класса. Повторное проектирование слотов в каждом подклассе не требуется, а попытка без необходимости дублировать служебную поддержку усложняет модель класса. Сначала нужно проверить всю иерархию.

Можно ли считать __weakref__ обычным атрибутом, который разрешает динамические свойства?

Нет. __weakref__ не открывает произвольную запись атрибутов и не создаёт полноценный __dict__. Он предоставляет специальную инфраструктуру для объектов weakref; возможность динамических атрибутов определяется наличием __dict__.

Продолжает ли слабая ссылка удерживать объект от сборки?

Нет. Слабая ссылка не увеличивает число сильных ссылок и не препятствует уничтожению объекта. После исчезновения всех сильных ссылок обратный вызов слабой ссылки может быть вызван, а сама ссылка перестаёт возвращать исходный объект.