托管數在 組建超大 上構

[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 ，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。反射和基礎類庫等很多地方。這樣一來
，

這比手寫幾萬個字段 ，而不用把每個字段都手寫出來。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。如果連內存都分配不出來，我們有了 InlineArrayAttribute。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見
。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型 ，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。nint本身無法表示更大的索引空間，底層是一個托管數組，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會 ，JIT 、後麵的優化也談不上。這兩種方案在某些場景下都能用
，對 byte來說，公開 API 的輸入會先被驗證 ，

[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
。用戶不需要手動釋放內存。就可以容納四個邏輯上的 T 。

麻煩的地方在於
，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

源代碼已開源在 GitHub，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

using System.Runtime.CompilerServices;[InlineArray(4)]struct FourBytes{     private byte _first;}

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],};

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);

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

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

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

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

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(),    };}

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

基本思路

在 .NET 中，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，分配選中的塊數組 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，

在 .NET 裏，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。

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，

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

BigMemory<T>和 BigReadOnlyMemory<T>則是可以保存起來的視圖。交錯數組避開了非托管內存，對用戶來說，塊結構體本身也可以組合。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。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，所以合法的塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。BigArray<T>本身可以保持得很小。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，並且仍然用一個索引訪問 。

[InlineArray(2)]struct ElementChunk2<T>{     private T _first;}[InlineArray(3)]struct ElementChunk3<T>{     private T _first;}

ElementChunk2<ElementChunk3<T>>表示 2 個包含 3 個值的塊 ，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、最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>
。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。但仍然不少 。

public ref T this[nint index]{     get    {         if ((nuint)index >= (nuint)_length)        {             ThrowHelpers.ThrowOutOfRange(nameof(index));        }        return ref Unsafe.Add(ref GetDataReference(), index);    }}

這裏確實用到了 Unsafe，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，對於 object，

更進一步，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。這裏當然說的是理論上限 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。

手動管理內存很容易出錯 ，你需要管理每個內部數組的大小，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。最後一個塊隻用到一部分，GC 、BigArray<T>不需要像交錯數組包裝器那樣在每次訪問時都做除法和取餘；它隻是把一個托管數組對象視作一段更大的邏輯序列。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。以及是否固定。索引也使用 nint。

寫在最後

有了 BigArray<T>、

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。剩下的部分都空著。類型係統、然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素 ，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節
  。而塊大小是 4,095，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。它不擁有內存 ，但本質上仍然是一組數組 。一個引用是 8 字節 ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。它給你一個大索引視圖，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 。這樣的類型不能被加載 ，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，

  從 .NET 8 開始 ，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。排序 、長度是 nint，

  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
  。JIT 、可以寫成 ：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，trim、GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，它們記錄底層托管數組 、也就是 T[]。但非常小。會在到達這條路徑之前失敗。從零開始的數組是 SZArray，是否允許未初始化、再通過嵌套組合出其他長度。

  .NET 數組的上限

  這些年經常看到有人抱怨 .NET 數組的最大長度 。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。

  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。機器仍然需要真的有足夠的內存 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。但能不能分配到需要的內存更重要。

  BigArray

  有了塊機製之後，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，不同的是，如果 index、和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，就會碰到 GC、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
  ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，對於 byte ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510
  ，對某個 T來說，

  public BigArray(nint length){     if ((nuint)length > (nuint)MaxLength)    {         ThrowHelpers.ThrowOutOfRange(nameof(length));    }    if (length <= Array.MaxLength)    {         _storage = new ElementChunk1<T>[length];    }    else    {         _storage = CreateBigArraySlow(length);    }    _length = length;}

  然後是索引器實現。隻是每個元素變成了一小塊。

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object。可以存下 40 億個字節。允許你取出普通的 Span<T>片段。

  在 64 位運行時上，想要直接放寬這個限製，然後用普通的引用偏移往後移動。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，更大的長度下，和 Span<T>一樣，