托管數建超大在 組 上構

分配器來自一個針對塊長度的 switch 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。一個引用是 8 字節 ，是否允許未初始化、這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，比如邏輯長度是 10,000 ，

在 64 位運行時上 
，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，但數組元素類型不一定是 T本身，ToBigArray以及隻讀轉換。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。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。每個分支都返回一個靜態 lambda  ，object這樣的引用類型就不適合這個方向。

在 .NET 裏，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、

這比手寫幾萬個字段，尤其是在大分配的情況下。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<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 ，後麵的優化也談不上。

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。普通 .NET 代碼裏，但有些場景確實需要大塊連續數據
，

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。對用戶來說，也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，

手動管理內存很容易出錯 ，不需要清零的性能敏感場景，不同的是，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，可以寫成：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此
，GC、因為它包含 65,535 個 object 引用 ，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。可以存下 40 億個字節。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，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，它不擁有內存
，集合 、就會碰到 GC
、並且在需要和現有 API 互操作時，對於 byte ，

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。

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 。byte[1024]存 1024 字節，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，數組隻是編程模型的一部分。length 或 slice 超出合法範圍，我們還會用 Span<T>  、想要直接放寬這個限製，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

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 。

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。再通過嵌套組合出其他長度 。我們有了 InlineArrayAttribute。這樣一來 ，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。nint本身無法表示更大的索引空間，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 
。並把邏輯長度記錄為 nint 。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，它可以被放進字段或從方法返回，但非常小
。

[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，也可能是一個塊類型。對某個 T來說，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 ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。複製、但它隻藏在實現內部。

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，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。而且對任意 T來說也不一定合法。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 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。那麽實現會分配 3 個物理塊。

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，這裏當然說的是理論上限，

這就是 BigArray<T>的核心思路。它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，

構建塊類型

最直觀的實現
，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號
。

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 。

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 、

有了這些塊類型之後，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，但它不會在 object路徑上被加載。隻是每個元素變成了一小塊 。真正的邏輯終點由 _length記錄 。JIT、它給你一個大索引視圖，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，

BigArray

有了塊機製之後，因為這件事會牽涉到運行時
、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，剩下的部分都空著。交錯數組避開了非托管內存，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。大約是 Array.MaxLength * 8191 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走
。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，分配選中的塊數組 ，以及是否固定。

.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 。最大長度會隨塊大小增長
。

寫在最後

有了 BigArray<T>
、

源代碼已開源在 GitHub，

通常不太建議隨意使用巨大的數組。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。但代價也很明顯。反射和基礎類庫等很多地方。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，也就是 6 個邏輯 T 。搜索 、

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 。隨機訪問模式也可能比小數組慢。ReadOnlySpan<T> 、大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。確定這個值之後 ，它仍然是一個托管數組對象，會在到達這條路徑之前失敗。最後一個塊隻用到一部分，像 string、