托管數建超大在 組 上構

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，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，它不擁有內存
，就會碰到 GC、ReadOnlySpan<T>、

寫在最後

有了 BigArray<T>、

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。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。允許你取出普通的 Span<T>片段。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，反射和基礎類庫等很多地方。這樣的類型不能被加載 ，

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 。

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，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，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，以及是否固定 。

[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 。但它隻藏在實現內部
。會在到達這條路徑之前失敗。

BigArray

有了塊機製之後，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。也就是 65,535，因為這件事會牽涉到運行時、長度是 nint ，

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 ，也可能是 ElementChunk8191<T>[]
，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，確定這個值之後
 ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。大約是 Array.MaxLength * 8191 。length 或 slice 超出合法範圍
，對於 object，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。

這比手寫幾萬個字段，它的長度受 int大小限製。而塊大小是 4,095
，而且它更適合非托管數據。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，

在 64 位運行時上 ，而且塊大小是 65,535。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，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。

[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 ，但有些場景確實需要大塊連續數據，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，比如邏輯長度是 10,000，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，跨過一個塊到下一個塊，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。類型係統 、int[1024]存 4096 字節 。你需要管理每個內部數組的大小，用戶不需要手動釋放內存。

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說 ，而不是元素背後的字節數。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組
，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 ，塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。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 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191
。複製 、也可能是一個塊類型。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。不需要清零的性能敏感場景，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。集合、數組數據區裏連續排列著塊結構體，隻是每個元素變成了一小塊。底層是一個托管數組 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
。byte能使用的最大塊長度 ，

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。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會，如果連內存都分配不出來，尤其是在大分配的情況下。

更進一步 ，對 byte來說
，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，反射以及大量現有代碼。

這裏有一個重要的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 。一個引用是 8 字節 ，排序
、但仍然不少。但能不能分配到需要的內存更重要。就可以容納四個邏輯上的 T。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，這兩種方案在某些場景下都能用
，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。並且在需要和現有 API 互操作時 ，仍然可能碰到非法組合。因為它包含 65,535 個 object 引用，隨機訪問模式也可能比小數組慢。GC
、再通過嵌套組合出其他長度。並且仍然用一個索引訪問。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，它可能是 ElementChunk1<T>[]，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器
，也就是 T[] 。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。最後隻調用這個分配器 。這裏當然說的是理論上限 ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，底層仍然是一個托管數組 ，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining
。結果就是拋出 TypeLoadException
，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，它會讓 GC 壓力更大，

在 .NET 裏 ，可以寫成 ：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，

這就是 BigArray<T>的核心思路。交錯數組避開了非托管內存 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素
。JIT、機器仍然需要真的有足夠的內存。並把邏輯長度記錄為 nint 。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、拿到第一個數據引用之後 ，塊結構體本身也可以組合。但非常小。它們的數組長度相同
，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，真正的邏輯終點由 _length記錄
。64 位係統上可以支持更大的範圍。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。可以存下 40 億個字節
。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，那麽實現會分配 3 個物理塊 。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。隻是每個元素更大。也就是 6 個邏輯 T 
。最常見的一維、它可以被放進字段或從方法返回 ，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號
。

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。但代價也很明顯
。object這樣的引用類型就不適合這個方向 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，分配選中的塊數組，然後實現使用引用偏移，我們有了 InlineArrayAttribute。每個分支都返回一個靜態 lambda，它給你一個大索引視圖，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。

手動管理內存很容易出錯，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，

.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。

[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
，而且對任意 T來說也不一定合法 。

從 .NET 8 開始，更大的長度下 ，ToBigArray以及隻讀轉換。像 string、但本質上仍然是一組數組。