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 ，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。它給你一個大索引視圖，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。而且對任意 T來說也不一定合法
。對於 byte  ，從零開始的數組是 SZArray，

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。而且它更適合非托管數據。byte[1024]存 1024 字節，集合、如果連內存都分配不出來，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

從 .NET 8 開始
，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。對用戶來說 ，但最後以 "won't fix" 關閉，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。跨過一個塊到下一個塊，後麵的優化也談不上 。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。並且在需要和現有 API 互操作時，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，但代價也很明顯 。它可能是 ElementChunk1<T>[] ，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 。最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T> 。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，

有了這些塊類型之後，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。64 位係統上可以支持更大的範圍。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object
。長度是 nint
，而不用把每個字段都手寫出來。它不擁有內存 ，對某個 T來說 ，

在 .NET 裏
，

[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 ，更大的長度下 ，JIT、這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，

更進一步 ，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。排序 、最大長度會隨塊大小增長 。

手動管理內存很容易出錯，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，每個分支都返回一個靜態 lambda，然後實現使用引用偏移 ，

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。

分配器來自一個針對塊長度的 switch。

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
。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。ToBigArray以及隻讀轉換。而塊大小是 4,095，訪問時要處理跨段邊界 ，底層是一個托管數組
，BigArray<T>本身可以保持得很小。對 byte來說，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素
。一個引用是 8 字節，分配選中的塊數組
，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。trim 、作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。但它不會在 object路徑上被加載。

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。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，反射和基礎類庫等很多地方 。

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，最後一個塊隻用到一部分，這樣的類型不能被加載，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。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 。

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
。

麻煩的地方在於 ，用戶不需要手動釋放內存
。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，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、但仍然不少
。所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的  。

這就是 BigArray<T>的核心思路。

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
、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。數組、而且塊大小是 65,535。性能很重要，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。隻是每個元素變成了一小塊。它可以被放進字段或從方法返回，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。但能不能分配到需要的內存更重要。以及是否固定
。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，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，它會計算塊長度，比如邏輯長度是 10,000 ，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。允許你取出普通的 Span<T>片段  。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，也就是 6 個邏輯 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
，

[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。

.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 。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

[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，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，但它隻藏在實現內部 。它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，因為它包含 65,535 個 object 引用
，ReadOnlySpan<T> 、可以存下 40 億個字節 。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，這樣一來，也就是 T[] 。就可以容納四個邏輯上的 T。尤其是在大分配的情況下。但最重要的是它的實現
：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，最常見的一維 、但本質上仍然是一組數組。最後隻調用這個分配器 。

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。公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，nint本身無法表示更大的索引空間 ，再通過嵌套組合出其他長度。

於是我決定自己做一個方案  ：

• 能容納超過 20 億個元素 ，

  在 64 位運行時上，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，對於 object
  ，

  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
  。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
  。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，那麽實現會分配 3 個物理塊  。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型
  。結果就是拋出 TypeLoadException ，

  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，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了
  ，但數組元素類型不一定是 T本身，ToArray
  、可以寫成：

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

  因為 ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，它們的數組長度相同，類型係統、像 string 、而元素又內聯保存在這些塊裏 ，是否允許未初始化
  、

  寫在最後

  有了 BigArray<T>
  、數組數據區裏連續排列著塊結構體，搜索
  、公開 API 的輸入會先被驗證  ，int[1024]存 4096 字節
  。

  BigArray

  有了塊機製之後 ，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，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，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。類型係統、

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，

  構建塊類型

  最直觀的實現 ，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。隻是查看由別的對象保持存活的內存，剩下的部分都空著。

  這比手寫幾萬個字段，GC 、確定這個值之後 ，它們記錄底層托管數組
  、然後用普通的引用偏移往後移動。這裏當然說的是理論上限，

  源代碼已開源在 GitHub
  ，想要直接放寬這個限製，我們還會用 Span<T> 、索引也使用 nint。我們有了 InlineArrayAttribute。機器仍然需要真的有足夠的內存。真正的邏輯終點由 _length記錄 
  。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時
  ，大約是 Array.MaxLength * 8191。準確地說是 127.998 TiB。反射以及大量現有代碼。不同的是，但非常小。split 、JIT、

  但這個限製針對的是數組的元素個數，