托管數建超大在 組 上構

[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 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。但最後以 "won't fix" 關閉，這樣的類型不能被加載，

在 .NET 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 。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
。反射以及大量現有代碼 。

手動管理內存很容易出錯 ，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
、

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
，它會讓 GC 壓力更大，

更進一步 ，而且塊大小是 65,535。性能很重要 ，對於 object ，而元素又內聯保存在這些塊裏 ，對 byte來說，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。它的長度受 int大小限製。

但這個限製針對的是數組的元素個數，準確地說是 127.998 TiB 。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<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。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。

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 ，這樣一來，

  .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
  。仍然可能碰到非法組合。

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製 ，你需要管理每個內部數組的大小 
  ，機器仍然需要真的有足夠的內存。底層仍然是一個托管數組，如果連內存都分配不出來 ，不同的是
   ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，排序
  、對用戶來說，複製、為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。比如邏輯長度是 10,000，結果就是拋出 TypeLoadException
  ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號  。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，可以寫成 ：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，真正的邏輯終點由 _length記錄 。以及是否固定。

• 支持 NativeAOT，數組數據區裏連續排列著塊結構體，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

  構建塊類型

  最直觀的實現，

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。trim 、就把數據拆成能放進 int的片段來處理
  。

  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
  、而且對任意 T來說也不一定合法。隻是每個元素更大 。反射和基礎類庫等很多地方。

  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
  ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，最後一個塊隻用到一部分
  ，

  [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
  ，和 Span<T>一樣，拿到第一個數據引用之後，但它隻藏在實現內部。它們的數組長度相同 ，length 或 slice 超出合法範圍，

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，然後實現使用引用偏移，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。然後用普通的引用偏移往後移動。

  [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 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。也可能是一個塊類型。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。這裏當然說的是理論上限，數組、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 。尤其是在大分配的情況下。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，像 string 、但數組元素類型不一定是 T本身，再通過嵌套組合出其他長度。

  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
  。而且它更適合非托管數據 。最大長度會隨塊大小增長。隨機訪問模式也可能比小數組慢
  。分配選中的塊數組 ，

  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。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch
  。

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，

  從 .NET 8 開始，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，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 ，但有些場景確實需要大塊連續數據，ToBigArray以及隻讀轉換
  。因為這件事會牽涉到運行時、隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException  。塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。後麵的優化也談不上。GC、但它不會在 object路徑上被加載 。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 。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多
  。大約是 Array.MaxLength * 8191。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，

  麻煩的地方在於
  ，交錯數組避開了非托管內存，

  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。

  數據引用是通過把數組數據開頭重新解釋為 T得到的：

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

  這就是為什麽連續存儲這個特性很重要
  。從零開始的數組是 SZArray 
  ，因為它包含 65,535 個 object 引用 ，它仍然是一個托管數組對象，JIT、每個分支都返回一個靜態 lambda，一個引用是 8 字節
  ，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。更大的長度下
  ，最常見的一維、普通 .NET 代碼裏，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，想要直接放寬這個限製 ，

  sizeof(T)	chunkSize	最壞情況多出的元素數	最壞情況多出的字節數
  1	65535	65534	65534 B
  2	32767	32766	65532 B
  3	21845	21844	65532 B
  4	16383	16382	65528 B
  8	8191	8190	65520 B
  16	4095	4094	65504 B
  257	255	254	65278 B
  32768+	1	0	0 B

  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，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，

  BigArray

  有了塊機製之後，這兩種方案在某些場景下都能用，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。nint本身無法表示更大的索引空間
  ，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、隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。它可能是 ElementChunk1<T>[]，JIT、BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，索引也使用 nint。但非常小。

基本思路

在 .NET 中，那麽實現會分配 3 個物理塊 。split  、通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。就可以容納四個邏輯上的 T。並且在需要和現有 API 互操作時 ，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。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，BigSpan<T>和 BigMemory<T>  ，是否允許未初始化、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，底層是一個托管數組
，隻是查看由別的對象保持存活的內存
，不需要清零的性能敏感場景，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。byte[1024]存 1024 字節 ，