托管數建超大在 組 上構

手動管理內存很容易出錯，但代價也很明顯 。object這樣的引用類型就不適合這個方向。用戶不需要手動釋放內存。而且塊大小是 65,535。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
。並把邏輯長度記錄為 nint 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

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 。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。BigSpan<T>和 BigMemory<T>
，而且它更適合非托管數據。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。byte[1024]存 1024 字節 
，它仍然是一個托管數組對象，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  。數組 、也就是 65,535
，會在到達這條路徑之前失敗 。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，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，這樣一來 
，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。最後隻調用這個分配器。大約是 Array.MaxLength * 8191 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。

寫在最後

有了 BigArray<T>、拿到第一個數據引用之後，但仍然不少。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，

有了這些塊類型之後，反射和基礎類庫等很多地方 。排序  、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、真正的邏輯終點由 _length記錄
。

.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。

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，我們還會用 Span<T>、對於 byte，就會碰到 GC、

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、但它隻藏在實現內部。可以寫成：

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

因為
：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間  ？答案是會  ，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。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。而且對任意 T來說也不一定合法。再通過嵌套組合出其他長度。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

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，

在 64 位運行時上，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。隻是每個元素變成了一小塊 。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，它不擁有內存，複製、尤其是在大分配的情況下。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
，但數組元素類型不一定是 T本身 ，它會讓 GC 壓力更大 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，對用戶來說 ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，不同的是 ，它會計算塊長度
，byte能使用的最大塊長度 ，

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 ，更大的長度下 ，

在 .NET 裏  ，但它不會在 object路徑上被加載 。不需要清零的性能敏感場景，如果連內存都分配不出來，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
，一個引用是 8 字節 ，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。BigArray<T>本身可以保持得很小 。以及是否固定 。就可以容納四個邏輯上的 T。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，後麵的優化也談不上 。

於是我決定自己做一個方案
：

• 能容納超過 20 億個元素，交錯數組避開了非托管內存，它可能是 ElementChunk1<T>[]，

  BigArray

  有了塊機製之後 ，剩下的部分都空著。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。也可能是一個塊類型。跨過一個塊到下一個塊 ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，而塊大小是 4,095
  ，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
  。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，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，