为何两个C++指针表达式输出不同的内存地址？

以下代码运行后输出了不同的内存地址，原本预期两个表达式返回相同地址，请问原因是什么？

#include <iostream>

int main() {

    float (*arrayName)[2][4][4];

    auto address1 = (**arrayName)[1]; // 0x10
    auto address2 = (*arrayName)[1][0]; // 0x40
    std::cout << "Address1: " << address1 << std::endl;
    std::cout << "Address2: " << address2 << std::endl;
}

注：0x40是期望得到的地址，在线C++编译器测试时两者均输出0x10，但在RHEL7开发虚拟机中得到0x10和预期的0x40。

1. 明确指针类型 #

float (*arrayName)[2][4][4]是一个指向三维float数组的指针，这个三维数组的维度是[2][4][4]，每个float元素占4字节。

2. 拆解两个地址表达式 #

表达式(**arrayName)[1]的计算过程：

• 第一次解引用*arrayName：得到整个三维数组[2][4][4]，此时数组会自动退化为指向其第一个元素的指针——也就是指向[4][4]二维数组的指针（类型为float (*)[4][4]）。
• 第二次解引用**arrayName：得到第一个[4][4]二维数组，再次退化为指向其第一个元素的指针——也就是指向[4]一维数组的指针（类型为float (*)[4]）。
• 最后[1]：对这个一维数组指针做偏移，偏移量是1个[4]数组的大小（4个float × 4字节 = 16字节，即0x10），所以最终地址是原地址 + 0x10。

表达式(*arrayName)[1][0]的计算过程：

• *arrayName是三维数组，退化为指向[4][4]二维数组的指针（类型float (*)[4][4]）。
• (*arrayName)[1]：偏移1个[4][4]二维数组的大小（4×4个float ×4字节=64字节，即0x40），得到第二个[4][4]二维数组，随后退化为指向其第一个[4]一维数组的指针。
• [0]：偏移0个[4]数组，所以最终地址是原地址 + 0x40。

3. 不同环境结果差异的原因 #

代码中的arrayName是未初始化的野指针，没有指向任何有效的内存空间，这属于C++中的未定义行为——不同编译器、不同操作系统对未定义行为的处理逻辑可能完全不同，所以才会出现在线编译器和RHEL7虚拟机结果不一致的情况。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JacobGC