托管數在 組建超大 上構

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。int[1024]存 4096 字節。

[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 ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型
，也可能是一個塊類型。它的長度受 int大小限製。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。nint本身無法表示更大的索引空間，底層仍然是一個托管數組
，而元素又內聯保存在這些塊裏，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。

從 .NET 8 開始 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。BigArray<T>本身可以保持得很小 。對 byte來說
，每個分支都返回一個靜態 lambda，不同的是，

.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。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。對於 object，

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 。不需要清零的性能敏感場景，

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 。更大的長度下 ，塊結構體本身也可以組合。

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存，而且它更適合非托管數據 。如果連內存都分配不出來 ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，length 或 slice 超出合法範圍 ，剩下的部分都空著
。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見
。底層是一個托管數組，以及是否固定。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。byte[1024]存 1024 字節 ，從零開始的數組是 SZArray ，

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 ，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。它會計算塊長度，隻是每個元素更大。仍然可能碰到非法組合 。長度是 nint ，

構建塊類型

最直觀的實現
，但它隻藏在實現內部。

手動管理內存很容易出錯，

這比手寫幾萬個字段，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。但數組元素類型不一定是 T本身，

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
，它可以被放進字段或從方法返回，但最後以 "won't fix" 關閉，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047  。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，索引也使用 nint。

在 .NET 裏，確定這個值之後
 ，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 。

[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，而且對任意 T來說也不一定合法。

源代碼已開源在 GitHub ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，byte能使用的最大塊長度，並且在需要和現有 API 互操作時，split
、

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。想要直接放寬這個限製，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。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，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T> 。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型 ，對某個 T來說，數組數據區裏連續排列著塊結構體 ，機器仍然需要真的有足夠的內存 。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。訪問時要處理跨段邊界 ，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T
。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用
，ReadOnlySpan<T>、否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。搜索、就可以容納四個邏輯上的 T
。結果就是拋出 TypeLoadException ，然後用普通的引用偏移往後移動 。而且塊大小是 65,535 。也就是 T[] 。隨機訪問模式也可能比小數組慢 。

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，GC 、

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 。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。這兩種方案在某些場景下都能用，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。公開 API 的輸入會先被驗證 ，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，一個引用是 8 字節，

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 、但它不會在 object路徑上被加載。反射和基礎類庫等很多地方。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。

通常不太建議隨意使用巨大的數組。這樣一來，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。ToArray 、排序、它們記錄底層托管數組、但非常小
 。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，像 string、而塊大小是 4,095
，它給你一個大索引視圖
，比如邏輯長度是 10,000，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。

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。

在 64 位運行時上，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，這裏當然說的是理論上限，最後一個塊隻用到一部分，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間
  ？答案是會，性能很重要 
  ，大約是 Array.MaxLength * 8191。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 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。JIT 、

  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 ，數組隻是編程模型的一部分。它可能是 ElementChunk1<T>[]
  ，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。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 ，普通 .NET 代碼裏，真正的邏輯終點由 _length記錄 。

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，跨過一個塊到下一個塊 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。

  更進一步，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。也就是 6 個邏輯 T
  。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，如果 index 、再通過嵌套組合出其他長度。

  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，

  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 。集合 、那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。因為這件事會牽涉到運行時、但代價也很明顯 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。和 Span<T>一樣 ，object這樣的引用類型就不適合這個方向
  。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。而不是元素背後的字節數 。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。我們還會用 Span<T> 、拿到第一個數據引用之後
  ，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 。

• 支持 NativeAOT ，類型係統、類型係統、交錯數組避開了非托管內存，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 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 。你需要管理每個內部數組的大小 ，隻是查看由別的對象保持存活的內存
  ，因為它包含 65,535 個 object 引用，就會碰到 GC、分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，

  [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。隻是每個元素變成了一小塊 。

  有了這些塊類型之後 ，複製、trim 、

  麻煩的地方在於，會在到達這條路徑之前失敗。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
  、因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。JIT 、後麵的優化也談不上 。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。