为何长度小于16字节的std::string不触发重载new？内存分配位置在哪？

基础追踪代码 #

我们通过重载new运算符来追踪std::string的内存分配行为，代码如下：

static uint32_t s_AllocCount = 0;

// Overload of new operator.
void* operator new(size_t size) {

    s_AllocCount++;
    std::cout << "Allocating " << size << " bytes\n";

    return malloc(size);
}

示例1：长字符串初始化 #

当使用较长字符串初始化std::string时：

int main()
{
    std::string name = "Hello World 1234";
    std::cout<<"No. of allocations="<<s_AllocCount<<std::endl;
    return 0;
}

输出 #

Allocating 17 bytes
No. of allocations=1

示例2：短字符串初始化 #

当使用较短字符串初始化std::string时：

int main()
{
    std::string name = "Hello World";
    std::cout<<"No. of allocations="<<s_AllocCount<<std::endl;
    return 0;
}

输出 #

No. of allocations=0

问题 #

为何在示例2中，长度小于16字节的std::string未调用重载的new运算符？该字符串的内存初始化发生在何处？

解答 #

这是因为标准库的std::string实现普遍采用了**短字符串优化（SSO，Short String Optimization）**机制：

• 当字符串的长度小于某个阈值（多数实现中是15字节，加上结束符共16字节）时，字符串的内容会直接存储在std::string对象本身的内部缓冲区中，不需要向堆内存申请空间。
• 只有当字符串长度超过这个内部缓冲区的容量时，std::string才会通过new运算符在堆上分配内存来存储字符串内容，此时才会触发我们重载的operator new。

简单来说，示例2中的短字符串直接存在std::string对象自身的内存里，完全不需要堆分配，所以不会调用new，自然不会被我们的追踪代码统计到。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Santosh Sahu