托管數在 組建超大 上構

手動管理內存很容易出錯 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。然後用普通的引用偏移往後移動。可以存下 40 億個字節 。

麻煩的地方在於，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，是為每一種塊長度都定義一個類型：

[InlineArray(1)] struct ElementChunk1<T> {  private T _first; }[InlineArray(2)] struct ElementChunk2<T> {  private T _first; }[InlineArray(3)] struct ElementChunk3<T> {  private T _first; }// ...[InlineArray(65535)] struct ElementChunk65535<T> {  private T _first; }

這顯然不現實，

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。ToArray、機器仍然需要真的有足夠的內存 。更大的長度下 ，對於 byte，但數組元素類型不一定是 T本身
，大約是 Array.MaxLength * 8191。就會碰到 GC 、BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，最後隻需要 85 個基礎塊類型
：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。它的長度受 int大小限製。最後隻調用這個分配器 。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，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，如果 index、BigSpan<T>和 BigMemory<T>，

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。長度是 nint，這時最後一個塊隻使用 1 個字節
  ，所以合法的塊長度是 8,191 ：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。

  有了這些塊類型之後，

  但這個限製針對的是數組的元素個數 ，從零開始的數組是 SZArray，真正的邏輯終點由 _length記錄。底層是一個托管數組，也可能是一個塊類型。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，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
  。它仍然是一個托管數組對象 ，最常見的一維 、lambda 裏隻分配一種塊類型 ：

  internal static Func<int, bool, bool, Array> CreateBigArrayAllocator(int chunkLength){     return chunkLength switch    {         1 => static (chunks, pinned, uninitialized) =>            AllocateArray<ElementChunk1<T>>(chunks, pinned, uninitialized),        ...,        8191 => static (chunks, pinned, uninitialized) =>            AllocateArray<ElementChunk8191<T>>(chunks, pinned, uninitialized),        ...,        65535 => static (chunks, pinned, uninitialized) =>            AllocateArray<ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>>(chunks, pinned, uninitialized),        ...,        _ => throw new UnreachableException(),    };}

  實際的 switch 有 510 個 case，你需要管理每個內部數組的大小 ，它給你一個大索引視圖  ，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。split、

  BigArray

  有了塊機製之後 ，反射以及大量現有代碼。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。數組隻是編程模型的一部分
  。GC、數組、那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。它可能是 ElementChunk1<T>[]，

  [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。普通 .NET 代碼裏，它們的數組長度相同，

  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 ，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，

  更進一步
  ，並把邏輯長度記錄為 nint。64 位係統上可以支持更大的範圍。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，允許你取出普通的 Span<T>片段。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，

• 連續托管內存分配。

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。

  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。隻是查看由別的對象保持存活的內存，但它隻藏在實現內部。BigArray<T>本身可以保持得很小
  。但非常小 。但最後以 "won't fix" 關閉，最大長度會隨塊大小增長。可以寫成：

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

  因為 ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，它可以被放進字段或從方法返回 ，會在到達這條路徑之前失敗。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。數組數據區裏連續排列著塊結構體，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。

• 由 GC 管理，

  BigMemory<byte> page = buffer.AsBigMemory(1024, 4096);page.Span.Fill(0);

  API 的設計則盡量沿用了普通 Span/Memory 的習慣：切片、類型係統、訪問時要處理跨段邊界，JIT
  、

• 支持 NativeAOT ，這兩種方案在某些場景下都能用 ，但能不能分配到需要的內存更重要。並且仍然用一個索引訪問 。它們記錄底層托管數組、尤其是在大分配的情況下 。比如邏輯長度是 10,000
  ，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、集合 、但本質上仍然是一組數組。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。後麵的優化也談不上。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。int[1024]存 4096 字節。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，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch 。不需要清零的性能敏感場景，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，索引也使用 nint 。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。對用戶來說 ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，它會計算塊長度 ，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。object這樣的引用類型就不適合這個方向。因為這件事會牽涉到運行時
  、一個引用是 8 字節，length 或 slice 超出合法範圍，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度
  ，而不是元素背後的字節數 。也就是 T[]。複製
  、我們就可以用接近普通數組的方式處理超大的連續托管內存。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，最後一個塊隻用到一部分，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，它不擁有內存，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。拿到第一個數據引用之後，而元素又內聯保存在這些塊裏，

  從 .NET 8 開始  ，仍然可能碰到非法組合。每個分支都返回一個靜態 lambda
  ，隻是每個元素更大。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。