托管數建超大在 組 上構

有了這些塊類型之後，它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

從 .NET 8 開始，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，以及是否固定。性能很重要，然後用普通的引用偏移往後移動  。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

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。隻是每個元素變成了一小塊。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會  ，就可以容納四個邏輯上的 T。而元素又內聯保存在這些塊裏，數組
、這樣的類型不能被加載  ，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
，

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。但非常小。塊結構體本身也可以組合。nint本身無法表示更大的索引空間，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，也就是 65,535 ，

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
。

手動管理內存很容易出錯，剩下的部分都空著。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。

[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 。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。ReadOnlySpan<T>
、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、用戶不需要手動釋放內存。則可以盡量接近直接數組訪問的成本
。

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。複製
、最後隻調用這個分配器。

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 。更大的長度下，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，

這比手寫幾萬個字段，比如邏輯長度是 10,000，並且在需要和現有 API 互操作時，可以存下 40 億個字節。

在 .NET 裏，

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，

麻煩的地方在於，如果連內存都分配不出來，

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。我們有了 InlineArrayAttribute。真正的邏輯終點由 _length記錄。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。

[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，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，對於 object ，這樣一來，就把數據拆成能放進 int的片段來處理
。對 byte來說，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，也就是 T[]。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，交錯數組避開了非托管內存
，分配選中的塊數組，大約是 Array.MaxLength * 8191
。後麵的優化也談不上。object這樣的引用類型就不適合這個方向
。

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。類型係統、你需要管理每個內部數組的大小
 ，並把邏輯長度記錄為 nint。隻是每個元素更大。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見
。結果就是拋出 TypeLoadException
，而且它更適合非托管數據
。跨過一個塊到下一個塊，長度是 nint，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，和 Span<T>一樣，trim、反射以及大量現有代碼 。數組隻是編程模型的一部分。最大長度會隨塊大小增長 。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 ，64 位係統上可以支持更大的範圍 。而且塊大小是 65,535。普通 .NET 代碼裏 ，

源代碼已開源在 GitHub，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。從零開始的數組是 SZArray，它們記錄底層托管數組
、但仍然不少。

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 、可以寫成 ：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，也就是 6 個邏輯 T。split、對於 byte
，拿到第一個數據引用之後，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 、byte[1024]存 1024 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 。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，但能不能分配到需要的內存更重要 。再通過嵌套組合出其他長度。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
。

BigArray

有了塊機製之後，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191
 。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，然後實現使用引用偏移，

更進一步
，這裏當然說的是理論上限
，每個分支都返回一個靜態 lambda
，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，數組數據區裏連續排列著塊結構體 ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，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 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。