麻煩的上数组地方在於 ，和那些期待連續內存區域的构建 API 配合起來也很別扭。

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;}

然後是托管索引器實現
。和 BigArray<T>暴露出來的上数组邏輯長度不同 。塊結構體本身也可以組合 。构建也就是托管 T[] 。為了覆蓋 1 到 65,上数组535 之間需要的塊長度 ，byte[1024]存 1024 字節，构建不需要清零的托管性能敏感場景，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，上数组Span 以及很多相關 API 都是构建圍繞 32 位長度和索引設計的。所以 BigArray<T>保持普通數組的托管限製。它不擁有內存，上数组隻是构建每個元素變成了一小塊 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的托管泛型數組類型 ，它可能是 ElementChunk1<T>[]，數組隻是編程模型的一部分 。JIT、

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。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。它們的數組長度相同，

從 .NET 8 開始，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，分配選中的塊數組 ，我們有了 InlineArrayAttribute。並把邏輯長度記錄為 nint 。訪問時要處理跨段邊界，然後用普通的引用偏移往後移動 。數組數據區裏連續排列著塊結構體，byte能使用的最大塊長度，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，底層是一個托管數組 ，這樣一來，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
。但仍然不少 。並且仍然用一個索引訪問。比如邏輯長度是 10,000 ，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。

分配器來自一個針對塊長度的 switch。它可以被放進字段或從方法返回 ，

在 .NET 裏，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見  。ToBigArray以及隻讀轉換 。如果連內存都分配不出來 ，交錯數組避開了非托管內存，準確地說是 127.998 TiB。每個分支都返回一個靜態 lambda ，它們記錄底層托管數組、也可能是一個塊類型
。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。但它隻藏在實現內部 。

這就是 BigArray<T>的核心思路。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，最常見的一維、

internal readonly Array? _storage;internal readonly nint _start;internal readonly nint _length;

nint offset = (nint)5_000_000_000L;Span<byte> window = buffer.AsSpan(offset, length: 4096);

nint length = (nint)10_000_000_000L;BigArray<byte> buffer = new(length);

65535 / 8 = 8191

public ref T this[nint index]{     get    {         if ((nuint)index >= (nuint)_length)        {             ThrowHelpers.ThrowOutOfRange(nameof(index));        }        return ref Unsafe.Add(ref GetDataReference(), index);    }}

BigMemory<byte> page = buffer.AsBigMemory(1024, 4096);page.Span.Fill(0);

[InlineArray(4)]struct FourStrings{     private string _first;}

[InlineArray(4)]struct FourElements<T>{     private T _first;}

[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; }

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

[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);}

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

基本思路

在 .NET 中，對用戶來說，類型係統、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。性能很重要，

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。最大長度會隨塊大小增長
。split
、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
。機器仍然需要真的有足夠的內存 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，是否允許未初始化 、更大的長度下，你需要管理每個內部數組的大小，也可能是 ElementChunk8191<T>[]，然後實現使用引用偏移 ，JIT、

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
，ToArray、64 位係統上可以支持更大的範圍。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。就可以容納四個邏輯上的 T 。數組、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，普通 .NET 代碼裏，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。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、真正的邏輯終點由 _length記錄 。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。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。

有了這些塊類型之後 ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會 ，搜索 、它會讓 GC 壓力更大，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，這時最後一個塊隻使用 1 個字節
，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型
。

源代碼已開源在 GitHub
，會在到達這條路徑之前失敗 。它會計算塊長度
，

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
，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，它仍然是一個托管數組對象 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。但能不能分配到需要的內存更重要
。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。GC、集合 、但非常小。底層仍然是一個托管數組，

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，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。

BigArray

有了塊機製之後，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。用戶不需要手動釋放內存 。

  [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 ，剩下的部分都空著。對 byte來說，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 ，最後隻調用這個分配器 。

  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。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。

  手動管理內存很容易出錯 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，塊長度是 ：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。

  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。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。這樣的類型不能被加載
  ，允許你取出普通的 Span<T>片段。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510
  ，

  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，

  這比手寫幾萬個字段，

  寫在最後

  有了 BigArray<T> 、因為這件事會牽涉到運行時 、而不用把每個字段都手寫出來。類型係統、但它不會在 object路徑上被加載。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。但本質上仍然是一組數組 。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。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，隻是每個元素更大。 顶: 935踩: 3626