为何比较C风格字符串的vector时std::equal返回值有差异？

问题背景 #

请解释为何在以下三种场景中，尽管输出的vector元素存储地址均不相同，std::equal函数的返回值却有时为true、有时为false：

1. 场景一：直接使用字符串字面量初始化std::vector<const char*>，调用std::equal返回true，但输出的vector中元素的存储地址并不相等。
2. 场景二：通过C风格字符串指针数组初始化vector，std::equal仍返回true，元素存储地址依旧不同。
3. 场景三：通过二维字符数组初始化vector，此时std::equal返回false，元素存储地址同样不同。

测试代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>

int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;

    std::vector<const char*> vec_e{ "String" };
    std::vector<const char*> vec_f{ "String" };
    std::cout << equal(vec_e.begin(), vec_e.end(), vec_f.begin()) << std::endl; // true
    std::cout << &vec_e[0] << std::endl;
    std::cout << &vec_f[0] << std::endl;

    const char* str_a[1] = { "Hello" };
    const char* str_b[1] = { "Hello" };
    std::vector<const char*> vec_a(std::begin(str_a), std::end(str_a));
    std::vector<const char*> vec_b(std::begin(str_b), std::end(str_b));
    std::cout << equal(vec_a.begin(), vec_a.end(), vec_b.begin()) << std::endl; // true
    std::cout << &vec_a[0] << std::endl;
    std::cout << &vec_b[0] << std::endl;

    const char str_c[][6] = { "World" };
    const char str_d[][6] = { "World" };
    std::vector<const char*> vec_c(std::begin(str_c), std::end(str_c));
    std::vector<const char*> vec_d(std::begin(str_d), std::end(str_d));
    std::cout << equal(vec_c.begin(), vec_c.end(), vec_d.begin()) << std::endl; // false
    std::cout << &vec_c[0] << std::endl;
    std::cout << &vec_d[0] << std::endl;

    return 0;
}

核心前提 #

首先要明确两个关键概念：

• std::equal默认行为是逐元素调用==运算符进行比较，这里的元素类型是const char*，所以比较的是指针的值（即指向的内存地址），而非字符串内容。
• 代码中std::cout << &vec_e[0] << std::endl;输出的是vector容器内存储的指针变量本身的地址，而非指针指向的字符串/数组的内存地址，这是容易混淆的点。

场景一与场景二的原因（返回true） #

这两个场景的本质完全一致：

1. 字符串字面量（如"String"、"Hello"）会被编译器放在程序的只读数据段，并且编译器会启用字符串字面量池优化——相同内容的字符串字面量会被合并为同一个内存实例，避免重复存储。
2. 场景一中，vec_e[0]和vec_f[0]这两个指针，实际上指向的是同一个字符串字面量的内存地址；场景二中，str_a[0]和str_b[0]同理，指向同一个字面量地址，vector初始化后继承了这个指针值。
3. std::equal比较的是这些指针的值（指向的字符串地址），值相等所以返回true；而代码输出的&vec_e[0]是vector内部存储指针的地址，两个vector是独立对象，所以这个地址自然不同。

场景三的原因（返回false） #

1. const char str_c[][6] = { "World" };定义的是二维字符数组，str_c[0]是一个长度为6的字符数组（存储"World"加终止符'\0'），它的内存是独立分配的；同理str_d[0]是另一个完全独立的字符数组，两者在内存中的位置不同。
2. 初始化vector后，vec_c[0]是str_c[0]的首地址，vec_d[0]是str_d[0]的首地址，这两个指针的值（指向的数组地址）完全不同。
3. std::equal比较这两个指针的值，结果不相等，所以返回false；代码输出的&vec_c[0]同样是vector内部指针的存储地址，和另一个vector的对应地址自然不同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者iamnotevg