托管數在 組建超大 上構

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。int[1024]存 4096 字節。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，更大的長度下，一個引用是 8 字節 
，對於 byte ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。公開 API 的輸入會先被驗證
，性能很重要，對於 object，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，大約是 Array.MaxLength * 8191。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，想要直接放寬這個限製，隨機訪問模式也可能比小數組慢。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
、如果連內存都分配不出來，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。因為它包含 65,535 個 object 引用，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，我們有了 InlineArrayAttribute 。它的長度受 int大小限製。不同的是，ReadOnlySpan<T>、

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，最後隻調用這個分配器 。分配選中的塊數組，

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，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，

.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
。但本質上仍然是一組數組 。剩下的部分都空著。它可以被放進字段或從方法返回，GC、從零開始的數組是 SZArray ，數組、可以寫成
：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，最大長度會隨塊大小增長 。但它隻藏在實現內部 。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。它會計算塊長度，而且它更適合非托管數據。結果就是拋出 TypeLoadException，

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 、而元素又內聯保存在這些塊裏，

從 .NET 8 開始，所以合法的塊長度是 8,191
 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。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 ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型  ，可以存下 40 億個字節
。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。跨過一個塊到下一個塊，最後一個塊隻用到一部分，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，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 。

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 ，反射以及大量現有代碼。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。

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
。允許你取出普通的 Span<T>片段。ToBigArray以及隻讀轉換 。

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。長度是 nint ，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，對用戶來說，但最後以 "won't fix" 關閉，和 Span<T>一樣 ，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下
，而且對任意 T來說也不一定合法
。

於是我決定自己做一個方案
：

• 能容納超過 20 億個元素，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，這樣的類型不能被加載，是否允許未初始化 、它不擁有內存，底層仍然是一個托管數組 ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。你需要管理每個內部數組的大小，並且仍然用一個索引訪問。塊結構體本身也可以組合。準確地說是 127.998 TiB
  。訪問時要處理跨段邊界，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，

  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，類型係統、大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。JIT 、大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，object這樣的引用類型就不適合這個方向。trim、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。不需要清零的性能敏感場景 ，

• 支持 NativeAOT，而且塊大小是 65,535。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖
  。

  [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 ，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。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 。但數組元素類型不一定是 T本身 ，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，再通過嵌套組合出其他長度。就可以容納四個邏輯上的 T。ToArray、

  這就是 BigArray<T>的核心思路
  。

  更進一步 ，

  構建塊類型

  最直觀的實現 ，

  手動管理內存很容易出錯 ，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

  在 .NET 裏 ，JIT 、但它不會在 object路徑上被加載。split 、以及是否固定。

  [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，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。反射和基礎類庫等很多地方。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，並把邏輯長度記錄為 nint
  。

  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，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。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，

• 支持 string和 object之類的引用類型。
• 連續托管內存分配 
  。搜索 、而不用把每個字段都手寫出來。用戶不需要手動釋放內存
  。類型係統、nint本身無法表示更大的索引空間，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。我們還會用 Span<T>、普通 .NET 代碼裏，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。並且在需要和現有 API 互操作時，

  BigArray

  有了塊機製之後，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，但有些場景確實需要大塊連續數據，仍然可能碰到非法組合 。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。