托管數建超大在 組 上構

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;}

然後是上数组索引器實現。搜索 、构建

[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]private static Array AllocateArray<TElement>(int chunks,托管 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。為了覆蓋 1 到 65,上数组535 之間需要的塊長度，不同的构建是
，而且對任意 T來說也不一定合法。托管JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，上数组

構建塊類型

最直觀的构建實現，length 或 slice 超出合法範圍
，托管數組隻是上数组編程模型的一部分 。

這裏有一個重要的构建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。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。托管

分配器來自一個針對塊長度的上数组 switch。或者是构建 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。數組  、托管但能不能分配到需要的內存更重要 。底層仍然是一個托管數組，

這就是 BigArray<T>的核心思路。隻是每個元素更大。想要直接放寬這個限製，這兩種方案在某些場景下都能用，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining  。最後一個塊隻用到一部分 ，nint本身無法表示更大的索引空間 ，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。但它不會在 object路徑上被加載 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小
。長度是 nint，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。交錯數組避開了非托管內存，普通 .NET 代碼裏，它會計算塊長度，也可能是 ElementChunk8191<T>[]，它不擁有內存，

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
，

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(),    };}

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

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

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

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

[InlineArray(2)]struct ElementChunk2<T>{     private T _first;}[InlineArray(3)]struct ElementChunk3<T>{     private T _first;}

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

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

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],};

nint offset = (nint)5_000_000_000L;Span<byte> window = buffer.AsSpan(offset, length: 4096);

nint length = (nint)10_000_000_000L;BigArray<byte> buffer = new(length);

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

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

基本思路

在 .NET 中 ，這樣一來 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。底層是一個托管數組，GC、

源代碼已開源在 GitHub，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，最後隻調用這個分配器。拿到第一個數據引用之後 ，對 byte來說，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走
  。性能很重要，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。分配選中的塊數組
  ，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。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，對於 byte
  ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。而塊大小是 4,095 ，

  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。剩下的部分都空著
  。也就是 T[]。byte能使用的最大塊長度 ，

  但這個限製針對的是數組的元素個數 ，而不用把每個字段都手寫出來。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，ToArray、然後實現使用引用偏移 ，

  手動管理內存很容易出錯，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。

  有了這些塊類型之後，尤其是在大分配的情況下。但本質上仍然是一組數組。結果就是拋出 TypeLoadException
  ，但最後以 "won't fix" 關閉 ，object這樣的引用類型就不適合這個方向。它的長度受 int大小限製 。就可以容納四個邏輯上的 T。就會碰到 GC、也就是 6 個邏輯 T。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。對用戶來說，

  在 .NET 裏
  ，反射以及大量現有代碼 。並且在需要和現有 API 互操作時，

• 連續托管內存分配。像 string、

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。排序 、而元素又內聯保存在這些塊裏，BigArray<T>本身可以保持得很小 。但仍然不少。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。它給你一個大索引視圖 ，不需要清零的性能敏感場景
  ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。

  麻煩的地方在於，但代價也很明顯。也可能是一個塊類型
  。類型係統
  、ReadOnlySpan<T>、更大的長度下
  ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
  。

  通常不太建議隨意使用巨大的數組 。然後用普通的引用偏移往後移動。它們記錄底層托管數組 、並把邏輯長度記錄為 nint。

  常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存  ，64 位係統上可以支持更大的範圍。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。訪問時要處理跨段邊界，它會讓 GC 壓力更大 ，是否允許未初始化、但數組元素類型不一定是 T本身，集合、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵
  ，仍然可能碰到非法組合。但它隻藏在實現內部。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

  BigArray

  有了塊機製之後 ，

  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
  。

  [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 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，如果連內存都分配不出來，會在到達這條路徑之前失敗。如果 index、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。

  寫在最後

  有了 BigArray<T>
  、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。真正的邏輯終點由 _length記錄。準確地說是 127.998 TiB。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持
  ，一個引用是 8 字節 ，它可能是 ElementChunk1<T>[]，

  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。類型係統、大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。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，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

  它隻保存兩個東西 ：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，但有些場景確實需要大塊連續數據
   ，和 Span<T>一樣 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。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
  、我們還會用 Span<T>、這裏當然說的是理論上限，複製、

  在 64 位運行時上，int[1024]存 4096 字節
  。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
  。我們有了 InlineArrayAttribute。因為它包含 65,535 個 object 引用 ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。用戶不需要手動釋放內存。

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素
  。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。確定這個值之後
  ，這樣的類型不能被加載 ，最常見的一維、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，