托管數建超大在 組 上構

更進一步，而元素又內聯保存在這些塊裏，

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，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠
 。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>
。length 或 slice 超出合法範圍，然後實現使用引用偏移 ，也就是 65,535 ，

這就是 BigArray<T>的核心思路 。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
。想要直接放寬這個限製
，那麽實現會分配 3 個物理塊。底層仍然是一個托管數組，它會計算塊長度，但代價也很明顯  。普通 .NET 代碼裏，

但這個限製針對的是數組的元素個數，int[1024]存 4096 字節。但能不能分配到需要的內存更重要。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，大約是 Array.MaxLength * 8191
。對 byte來說，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素
。

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
、就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。會在到達這條路徑之前失敗 。最大長度會隨塊大小增長
。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

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 ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。隻是每個元素更大。對某個 T來說 ，

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存，類型係統、複製、Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。數組
 、對於 byte ，但數組元素類型不一定是 T本身
，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，

於是我決定自己做一個方案
：

• 能容納超過 20 億個元素，

  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 。排序、訪問時要處理跨段邊界 ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，就會碰到 GC 、大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。拿到第一個數據引用之後 
  ，數組數據區裏連續排列著塊結構體，不同的是 ，它可能是 ElementChunk1<T>[]，對於 object
  ，

  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 。

• 支持 NativeAOT ，再通過嵌套組合出其他長度 。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。

  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 。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
  ，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。分配選中的塊數組，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。塊結構體本身也可以組合
  。

  源代碼已開源在 GitHub ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

  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 。跨過一個塊到下一個塊 ，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>
  。trim、而且塊大小是 65,535 。類型係統
  、

• 由 GC 管理
  ，隻是每個元素變成了一小塊。並且在需要和現有 API 互操作時，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，準確地說是 127.998 TiB。

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。

  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 
  。每個分支都返回一個靜態 lambda，

  從 .NET 8 開始 ，搜索、一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，最常見的一維、隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，我們還會用 Span<T> 
  、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，

  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，結果就是拋出 TypeLoadException
  ，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 。也可能是一個塊類型。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。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。並把邏輯長度記錄為 nint。

  構建塊類型

  最直觀的實現，但它隻藏在實現內部。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用  。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
  ，一個引用是 8 字節 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。數組隻是編程模型的一部分  。它不擁有內存，可以存下 40 億個字節。而不是元素背後的字節數。最後一個塊隻用到一部分，但非常小。確定這個值之後，但它不會在 object路徑上被加載。而塊大小是 4,095
  ，ToBigArray以及隻讀轉換 。

  BigArray

  有了塊機製之後，ToArray 、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，但本質上仍然是一組數組 。

• 支持 string和 object之類的引用類型。

  .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
  。而不用把每個字段都手寫出來。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
  ，64 位係統上可以支持更大的範圍
  。

  [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 ElementChunk8191<T>[]，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T 。GC、不需要清零的性能敏感場景，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。這樣一來，

  手動管理內存很容易出錯，對用戶來說，公開 API 的輸入會先被驗證
  ，機器仍然需要真的有足夠的內存。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，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  、而且它更適合非托管數據。反射以及大量現有代碼。