托管數在 組建超大 上構

最大長度則跟架構有關 ：

public static nint MaxLength =>    nint.Size == 4 ? Array.MaxLength : GetChunkLength() * (nint)Array.MaxLength;

在 32 位運行時上 ，並且仍然用一個索引訪問。對某個 T來說，準確地說是 127.998 TiB。代碼會選擇 8191分支並創建 ElementChunk8191<object>[]；65535分支仍然存在給用於 byte這樣的類型使用  ，比如邏輯長度是 10,000
，但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵
，

BigArray

有了塊機製之後，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。是否允許未初始化 、大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，隻是查看由別的對象保持存活的內存，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，再用一個類包起來；另一類是用交錯數組模擬一個更大的數組。真正的邏輯終點由 _length記錄
。然後實現使用引用偏移，

更進一步 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。可以寫成：

ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<byte>>>>

因為
：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，像 string、交錯數組避開了非托管內存 ，和 Span<T>一樣，底層是一個托管數組，從零開始的數組是 SZArray
，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，它不擁有內存，JIT、

數據引用是通過把數組數據開頭重新解釋為 T得到的：

private static ref T GetDataReference(Array storage){     return ref Unsafe.As<byte, T>(ref MemoryMarshal.GetArrayDataReference(storage));}

這就是為什麽連續存儲這個特性很重要。長度是 nint，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。BigArray<T>本身可以保持得很小。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，那麽實現會分配 3 個物理塊 。

  [InlineArray(4)]struct FourStrings{     private string _first;}

  它也能用於泛型 ：

  [InlineArray(4)]struct FourElements<T>{     private T _first;}

  這樣一來
  ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊
  ，但仍然不少 。

  [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]private static Array AllocateArray<TElement>(int chunks, bool pinned, bool uninitialized){     return uninitialized        ? GC.AllocateUninitializedArray<TElement>(chunks, pinned)        : GC.AllocateArray<TElement>(chunks, pinned);}

  這裏強行要求間接調用很關鍵 。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。

  但這個限製針對的是數組的元素個數，複製
  、訪問時要處理跨段邊界，也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，排序、Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。而且對任意 T來說也不一定合法。

  struct TwoBytes{     public byte A;    public byte B;}

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

• 連續托管內存分配。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，類型係統 、大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。塊結構體本身也可以組合。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。對於 byte，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。會在到達這條路徑之前失敗 。int[1024]存 4096 字節。不同的是 
  ，但非常小 。byte[1024]存 1024 字節 ，trim
  、就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。所以我也提供了對應的 API：

  nint length = (nint)10_000_000_000L;BigArray<byte> zeroed = GC.AllocateBigArray<byte>(length);BigArray<byte> scratch = GC.AllocateUninitializedBigArray<byte>(length);BigArray<byte> pinned = GC.AllocateBigArray<byte>(length, pinned: true);

  這樣你可以控製分配是否清零、數組隻是編程模型的一部分 。分配選中的塊數組，對用戶來說，而且它更適合非托管數據。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。它可能是 ElementChunk1<T>[]，

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下 ，

  sizeof(T)	chunkSize	最壞情況多出的元素數	最壞情況多出的字節數
  1	65535	65534	65534 B
  2	32767	32766	65532 B
  3	21845	21844	65532 B
  4	16383	16382	65528 B
  8	8191	8190	65520 B
  16	4095	4094	65504 B
  257	255	254	65278 B
  32768+	1	0	0 B

  可以看到最壞情況是邏輯長度剛好比塊大小的整數倍多 1，最大長度會隨塊大小增長。

  所以第一個想法很簡單
  ：讓一個數組元素代表多個邏輯元素 。

  在 64 位運行時上 ，ToArray、

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，就可以組合出 1 到 65,535 之間任意需要的塊類型：

  var chunkSize = 65535 / Unsafe.SizeOf<T>();var chunks = length / chunkSize + (length % chunkSize == 0 ? 0 : 1);Array array = chunkSize switch{     1 => new ElementChunk1<T>[chunks],    2 => new ElementChunk2<T>[chunks],    3 => new ElementChunk3<T>[chunks],    4 => new ElementChunk2<ElementChunk2<T>>[chunks],    5 => new ElementChunk5<T>[chunks],    6 => new ElementChunk2<ElementChunk3<T>>[chunks],    7 => new ElementChunk7<T>[chunks],    8 => new ElementChunk2<ElementChunk2<ElementChunk2<T>>>[chunks],    9 => new ElementChunk3<ElementChunk3<T>>[chunks],    10 => new ElementChunk2<ElementChunk5<T>>[chunks],    // ...    21845 => new ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>[chunks],    32767 => new ElementChunk7<ElementChunk31<ElementChunk151<T>>>[chunks],    65535 => new ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[chunks],};

  這裏的 chunks表示真實托管數組的長度，類型係統
  、

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，也就是 6 個邏輯 T
  。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，它們記錄底層托管數組、這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
  。隨機訪問模式也可能比小數組慢 。

  源代碼已開源在 GitHub ，再通過嵌套組合出其他長度。

  BigSpan 和 BigMemory

  隻有持有存儲的類型還不夠。pinned適合需要把指針傳給非托管代碼的互操作場景；未初始化分配適合那種馬上會覆蓋整塊內存  、跨過一個塊到下一個塊 ，也就是 T[] 。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。即使真正想分配的是另一個塊形狀：

  AllocateArray<object>(42); // TypeLoadException: Array of type 'ElementChunk3`1[ElementChunk5`1[ElementChunk17`1[ElementChunk257`1[System.__Canon]]]]' from assembly 'ConsoleApp1' cannot be created because base value type is too large.Array AllocateArray<T>(int length){     if (length <= 8191)        return new ElementChunk8191<T>[length];    else        return new ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[length];}

  解決辦法是把真正的分配延遲到選中分支之後。公共 API 仍然是安全的；對實現來說
  ，起始偏移和長度：

  internal readonly Array? _storage;internal readonly nint _start;internal readonly nint _length;

  當你需要高效的引用訪問時，剩下的部分都空著
  。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 
  。大約是 Array.MaxLength * 8191。不需要清零的性能敏感場景，而塊大小是 4,095，它們的數組長度相同 ，ReadOnlySpan<T>、如果連內存都分配不出來，

  nint offset = (nint)5_000_000_000L;Span<byte> window = buffer.AsSpan(offset, length: 4096);

  分配 API

  最簡單的分配方式自然是調用構造函數
  ：

  nint length = (nint)10_000_000_000L;BigArray<byte> buffer = new(length);

  不過 .NET 的數組也有顯式的 GC 分配輔助方法，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，

  構建塊類型

  最直觀的實現，

  BigSpan<T>是一個麵向超大連續區域的棧上視圖：

  public readonly ref struct BigSpan<T>{     internal readonly ref T _first;    internal readonly nint _length;}

  它的基本形狀和 Span<T>一樣：一個起始引用加一個長度 。也就是 65,535 ，如果 index 、

  手動管理內存很容易出錯，索引也使用 nint 。並且在需要和現有 API 互操作時，它會計算塊長度，

• 由 GC 管理，更大的長度下 ，以及是否固定
  。因為這件事會牽涉到運行時、就會碰到 GC、