托管數建超大在 組 上構

nint offset = (nint)5_000_000_000L;Span<byte> window = buffer.AsSpan(offset,上数组 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 ，

寫在最後

有了 BigArray<T> 、构建但能不能分配到需要的托管內存更重要 。

類型加載

現在假設 T是上数组 64 位運行時上的 object 。如果隻是构建想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。而不是托管元素背後的字節數。這兩種方案在某些場景下都能用
，上数组和 Span<T>一樣，构建公開 API 的托管輸入會先被驗證 ，如果連內存都分配不出來 ，上数组Unsafe.Add(ref first,构建 index)會移動 index個邏輯 T元素。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，托管這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，交錯數組避開了非托管內存 ，拿到第一個數據引用之後
，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，也可能是一個塊類型 。這時最後一個塊隻使用 1 個字節 ，trim、真正的邏輯終點由 _length記錄。機器仍然需要真的有足夠的內存。比如邏輯長度是 10,000，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。集合 、它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會  ，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，對某個 T來說
，我們有了 InlineArrayAttribute
。以及是否固定。允許你取出普通的 Span<T>片段 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。再通過嵌套組合出其他長度。

手動管理內存很容易出錯 ，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，然後用普通的引用偏移往後移動。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 。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。而不用把每個字段都手寫出來。

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存 ，數組 、

但這個限製針對的是數組的元素個數
，可以存下 40 億個字節 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。這樣一來，尤其是在大分配的情況下。並把邏輯長度記錄為 nint
。

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，

這比手寫幾萬個字段
，

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。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。反射以及大量現有代碼
。並且仍然用一個索引訪問 。它可以被放進字段或從方法返回，它給你一個大索引視圖 ，而且塊大小是 65,535 。但本質上仍然是一組數組
。大約是 Array.MaxLength * 8191。

從 .NET 8 開始
，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
。nint本身無法表示更大的索引空間
，仍然可能碰到非法組合。更大的長度下 ，

BigArray

有了塊機製之後，可以寫成：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，它的長度受 int大小限製 
。也就是 65,535 ，類型係統
、它仍然是一個托管數組對象
，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。

[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，跨過一個塊到下一個塊，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，塊長度是 ：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
  。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。但它不會在 object路徑上被加載。BigSpan<T>和 BigMemory<T>，也可能是 ElementChunk8191<T>[]，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，

  在 64 位運行時上
  ，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的
  。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，排序、一個引用是 8 字節，它會計算塊長度，ToArray 
  、這樣的類型不能被加載
  ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。用戶不需要手動釋放內存。

  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，數組隻是編程模型的一部分 。從零開始的數組是 SZArray，int[1024]存 4096 字節。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、

  在 .NET 裏，類型係統 、反射和基礎類庫等很多地方。對 byte來說
  ，搜索、

  源代碼已開源在 GitHub ，這裏當然說的是理論上限 ，分配選中的塊數組 ，因為它包含 65,535 個 object 引用，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
  。但代價也很明顯 。底層仍然是一個托管數組，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度
  ，不同的是，也就是 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 
  。BigArray<T>本身可以保持得很小。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊
   ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，

• 支持 NativeAOT ，

基本思路

在 .NET 中 ，然後實現使用引用偏移 ，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。就會碰到 GC  、Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。剩下的部分都空著。ReadOnlySpan<T>、為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，像 string
、split
、並且在需要和現有 API 互操作時，如果 index 
、最後隻調用這個分配器 。

.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。就可以容納四個邏輯上的 T  。普通 .NET 代碼裏 ，

它隻保存兩個東西  ：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，隻是每個元素變成了一小塊。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型
，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。對於 object ，對於 byte ，length 或 slice 超出合法範圍，它們記錄底層托管數組 、而塊大小是 4,095，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，長度是 nint，最後隻需要 85 個基礎塊類型
：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。數組數據區裏連續排列著塊結構體，確定這個值之後
，你需要管理每個內部數組的大小，

private static ref T GetDataReference(Array storage){     return ref Unsafe.As<byte, T>(ref MemoryMarshal.GetArrayDataReference(storage));}

[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);}

internal readonly Array? _storage;internal readonly nint _start;internal readonly nint _length;

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;}

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

65535 / 8 = 8191

[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; }

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(),    };}

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

BigMemory<byte> page = buffer.AsBigMemory(1024, 4096);page.Span.Fill(0);

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

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

public readonly ref struct BigSpan<T>{     internal readonly ref T _first;    internal readonly nint _length;}