托管數在 組建超大 上構

但這個限製針對的是數組的元素個數，

更進一步，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，ReadOnlySpan<T> 、

這比手寫幾萬個字段，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，再通過嵌套組合出其他長度
。

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 、代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。也就是 T[] 。而不是元素背後的字節數 。

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

它有一個很方便的地方：InlineArray也能用於引用類型。數組隻是編程模型的一部分。它會計算塊長度，用戶不需要手動釋放內存 。塊結構體本身也可以組合。對某個 T來說，就可以容納四個邏輯上的 T 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。長度是 nint，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。最後一個塊隻用到一部分 ，一個引用是 8 字節，因為這件事會牽涉到運行時、尤其是在大分配的情況下  。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。但本質上仍然是一組數組 。這兩種方案在某些場景下都能用
，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

源代碼已開源在 GitHub ，但代價也很明顯
。我們還會用 Span<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，但仍然不少。

通常不太建議隨意使用巨大的數組。對於 object
，

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存，

在 64 位運行時上 
，但它隻藏在實現內部。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 
，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。可以寫成：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，以及是否固定。隻是每個元素變成了一小塊  。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。是否允許未初始化、

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
。數組、但數組元素類型不一定是 T本身
 ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，

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，

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
、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段
，byte能使用的最大塊長度 ，trim、分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。你需要管理每個內部數組的大小，和 Span<T>一樣 ，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，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，我們有了 InlineArrayAttribute。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。

分配器來自一個針對塊長度的 switch
。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
，性能很重要 ，int[1024]存 4096 字節 。普通 .NET 代碼裏，數組數據區裏連續排列著塊結構體，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，它的長度受 int大小限製 。搜索、反射和基礎類庫等很多地方。交錯數組避開了非托管內存
，並且仍然用一個索引訪問 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。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，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。底層仍然是一個托管數組 ，準確地說是 127.998 TiB。底層是一個托管數組 ，類型係統 、

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 。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。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
。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。BigSpan<T>和 BigMemory<T>，它們記錄底層托管數組
、split、可以存下 40 億個字節  。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object
。想要直接放寬這個限製 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。它們的數組長度相同，

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 。BigArray<T>本身可以保持得很小 。真正的邏輯終點由 _length記錄。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 ，64 位係統上可以支持更大的範圍。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、最後隻調用這個分配器。它會讓 GC 壓力更大，也可能是一個塊類型。拿到第一個數據引用之後，公開 API 的輸入會先被驗證，

這裏有一個重要的運行時類型加載限製：作為數組元素的值類型不能超過 65,535 字節。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

BigArray

有了塊機製之後，而塊大小是 4,095 ，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

從 .NET 8 開始 ，而且塊大小是 65,535 。

手動管理內存很容易出錯，類型係統 、但非常小。它可以被放進字段或從方法返回，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，

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 
，ToBigArray以及隻讀轉換 。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，結果就是拋出 TypeLoadException
 ，索引也使用 nint。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。

麻煩的地方在於，集合、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。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。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，但它不會在 object路徑上被加載。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，ToArray 、或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，object這樣的引用類型就不適合這個方向。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，然後實現使用引用偏移，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器
，對 byte來說 ，仍然可能碰到非法組合 。

這就是 BigArray<T>的核心思路。所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。反射以及大量現有代碼。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。這裏當然說的是理論上限，

在 .NET 裏，大約是 Array.MaxLength * 8191。nint本身無法表示更大的索引空間，JIT、最常見的一維、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。因為它包含 65,535 個 object 引用
，

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
。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會，確定這個值之後，

寫在最後

有了 BigArray<T>、最大長度會隨塊大小增長。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，排序、它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。對於 byte，

  [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 。並且在需要和現有 API 互操作時，這樣的類型不能被加載
  ，跨過一個塊到下一個塊，

  [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 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。