托管數建超大在 組 上構

常見的解決辦法大概有兩類
 ：一類是分配非托管內存  ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，但數組元素類型不一定是 T本身，也可能是一個塊類型 。對用戶來說，

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
。最常見的一維、塊長度是 ：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，但本質上仍然是一組數組。更大的長度下
，那麽實現會分配 3 個物理塊 。ReadOnlySpan<T>
、對 byte來說，反射以及大量現有代碼 。隨機訪問模式也可能比小數組慢。但仍然不少。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。和 Span<T>一樣 ，

.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。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，機器仍然需要真的有足夠的內存
。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，

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，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，而塊大小是 4,095
，而且它更適合非托管數據 。就可以容納四個邏輯上的 T。反射和基礎類庫等很多地方 。所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。隻是每個元素變成了一小塊 。length 或 slice 超出合法範圍 ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，準確地說是 127.998 TiB。索引也使用 nint 。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。byte[1024]存 1024 字節，

BigArray

有了塊機製之後，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。然後用普通的引用偏移往後移動。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。

但這個限製針對的是數組的元素個數，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 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。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。類型係統、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。對於 object ，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
，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。但最後以 "won't fix" 關閉 ，剩下的部分都空著 。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。對於 byte，GC、

構建塊類型

最直觀的實現
，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素
，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時
，集合、長度是 nint，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。跨過一個塊到下一個塊，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。ToArray、但它隻藏在實現內部。因為它包含 65,535 個 object 引用，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，並把邏輯長度記錄為 nint。對某個 T來說，後麵的優化也談不上 。

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，

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。數組隻是編程模型的一部分。底層是一個托管數組 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，而且對任意 T來說也不一定合法
。就會碰到 GC
、如果 index 、這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，允許你取出普通的 Span<T>片段
。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、想要直接放寬這個限製，

從 .NET 8 開始，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。int[1024]存 4096 字節 。從零開始的數組是 SZArray，

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。而不是元素背後的字節數。它給你一個大索引視圖
，但代價也很明顯  。它可以被放進字段或從方法返回  ，這裏當然說的是理論上限
，

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 ，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，一個引用是 8 字節，而不用把每個字段都手寫出來。

  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、是否允許未初始化 、split、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 。結果就是拋出 TypeLoadException ，