为何std::string实例地址与c_str()返回指针地址一致？

当我们用&获取std::string实例的地址时，发现该地址和调用c_str()返回的指针地址完全匹配，但我们知道c_str()返回的是std::string内部存储的字符数组地址，并非实例本身的地址，这一现象是怎么实现的？

示例代码：

#include <string>
#include <iostream>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    std::string s = "Hello, World!";
    auto addr = &s;
    auto addr2 = s.c_str();
    std::cout << std::hex << addr << std::endl;
    std::cout << std::hex << reinterpret_cast<const void*>(addr2) << std::endl;
    if ((void*)addr == (void*)addr2) {
        std::cout << "Equal" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Not equal" << std::endl;
    }
    return 0;
}

原因解析：小字符串优化（SSO） #

这是标准库std::string实现中**小字符串优化（Small String Optimization, SSO）**带来的结果：

• 大部分现代C标准库（比如GCC的libstdc、Clang的libc++）都会针对短字符串做SSO优化：当字符串长度小于等于某个阈值（通常是15字节，需预留1字节存终止符'\0'，不同实现阈值可能有差异，比如MSVC是22字节），字符串的字符会直接存储在std::string对象自身的内存空间里，不会去堆上分配额外内存。
• 这类实现会把std::string对象的内存布局设计成：当启用SSO时，对象的起始位置就是存储短字符串的缓冲区。这时候&s（std::string实例的地址）自然就等于缓冲区的起始地址，也就是c_str()返回的指针地址。
• 一旦字符串长度超过SSO阈值，std::string就会在堆上分配内存存储字符，此时c_str()返回的是堆内存的地址，和&s（对象自身地址）就会完全不同。

你可以做个验证：把示例中的字符串改成足够长的内容（比如std::string s = "Hello, World! This is a very long string that will exceed the SSO limit of most implementations.";），再运行代码，就能看到两个地址不再相等。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JF4