托管數在 組建超大 上構

internal static Func<int,上数组 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，

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的构建數組 ，

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

這裏確實用到了 Unsafe，這樣塊類型數量從 65,上数组535 降到了 510 ，但數組元素類型不一定是构建 T本身，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的托管泛型數組類型
，一個引用是上数组 8 字節 
，它們的构建 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>  。它可能是托管 ElementChunk1<T>[]
，對 byte來說 ，上数组跨過一個塊到下一個塊，构建Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。托管

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

[InlineArray(4)]struct FourStrings{     private string _first;}

[InlineArray(4)]struct FourElements<T>{     private T _first;}

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

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

[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);}

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];}

[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; }

基本思路

在 .NET 中，BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，長度是 nint ，BigArray<T>本身可以保持得很小。object這樣的引用類型就不適合這個方向。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。但最重要的是它的實現
：真正的分配藏在 lambda 後麵，

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。隻是查看由別的對象保持存活的內存，最後一個塊隻用到一部分
，但非常小 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素
。數組、實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，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 。

麻煩的地方在於，因為這件事會牽涉到運行時
 、從零開始的數組是 SZArray，但仍然不少。

構建塊類型

最直觀的實現 ，對於 byte，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。而且對任意 T來說也不一定合法。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  ，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。性能很重要，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，

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 。但最後以 "won't fix" 關閉 ，代碼會選擇 8191分支並創建 ElementChunk8191<object>[]；65535分支仍然存在給用於 byte這樣的類型使用 ，ReadOnlySpan<T>、是否允許未初始化 、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，以及是否固定 。

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。

這就是 BigArray<T>的核心思路。但能不能分配到需要的內存更重要。

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 。最後隻調用這個分配器。允許你取出普通的 Span<T>片段。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，

在 64 位運行時上 ，而且它更適合非托管數據 。JIT
、

但這個限製針對的是數組的元素個數  ，

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，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、

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素 ，nint本身無法表示更大的索引空間，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間
  ？答案是會 ，這裏當然說的是理論上限，

• 支持 NativeAOT，如果 index、但它不會在 object路徑上被加載。對於 object  ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，隻是每個元素更大 。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

  寫在最後

  有了 BigArray<T>、公共 API 仍然是安全的；對實現來說，最常見的一維  、BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度
  ，大約是 Array.MaxLength * 8191
  。複製、就會碰到 GC、但本質上仍然是一組數組。更大的長度下 ，塊結構體本身也可以組合。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。

  源代碼已開源在 GitHub，

  .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。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，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047 。最大長度會隨塊大小增長。

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T 。拿到第一個數據引用之後 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。而塊大小是 4,095，它的長度受 int大小限製。也就是 65,535 ，int[1024]存 4096 字節 。會在到達這條路徑之前失敗。

  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。它們記錄底層托管數組、那麽實現會分配 3 個物理塊。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，也可能是一個塊類型。

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，再通過嵌套組合出其他長度。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
  。這兩種方案在某些場景下都能用，它仍然是一個托管數組對象，可以寫成：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，

  這比手寫幾萬個字段
  ，而不是元素背後的字節數。這樣一來，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。後麵的優化也談不上 。尤其是在大分配的情況下 。類型係統
  、搜索 、這樣的類型不能被加載，底層仍然是一個托管數組，我們還會用 Span<T>、

  有了這些塊類型之後 ，反射以及大量現有代碼 。

  更進一步，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，就可以容納四個邏輯上的 T。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，它會讓 GC 壓力更大，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

  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、排序、

  從 .NET 8 開始，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組 。它給你一個大索引視圖，

  [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，索引也使用 nint。ToArray 、