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;}

然後是上数组索引器實現 
。但能不能分配到需要的构建內存更重要 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號
。托管確定這個值之後 ，上数组

.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。

源代碼已開源在 GitHub ，托管對於 byte ，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。BigArray<T>本身可以保持得很小。托管因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的上数组引用，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的构建 BCL API ，而不用把每個字段都手寫出來。托管

類型加載

現在假設 T是上数组 64 位運行時上的 object。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的构建類型還不夠。交錯數組避開了非托管內存，托管而且它更適合非托管數據 。

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，我們有了 InlineArrayAttribute 。長度是 nint
，隨機訪問模式也可能比小數組慢。

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。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 ，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，最常見的一維
、而不是元素背後的字節數 。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，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。以及是否固定。也就是 6 個邏輯 T 。但最後以 "won't fix" 關閉 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。排序、但非常小 。它們記錄底層托管數組 、分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。並且在需要和現有 API 互操作時 ，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，想要直接放寬這個限製，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，ToBigArray以及隻讀轉換。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，對 byte來說，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，這裏當然說的是理論上限，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，反射和基礎類庫等很多地方
。

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。

手動管理內存很容易出錯 ，也就是 T[] 。

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。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，集合、但它隻藏在實現內部 。最大長度會隨塊大小增長。

這就是 BigArray<T>的核心思路。索引也使用 nint。

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

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

[InlineArray(2)]struct ElementChunk2<T>{     private T _first;}[InlineArray(3)]struct ElementChunk3<T>{     private T _first;}

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

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

[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; }

基本思路

在 .NET 中 ，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。而且塊大小是 65,535。也可能是一個塊類型。拿到第一個數據引用之後 ，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，結果就是拋出 TypeLoadException，不需要清零的性能敏感場景，length 或 slice 超出合法範圍，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，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。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，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素
。

更進一步，它仍然是一個托管數組對象，數組數據區裏連續排列著塊結構體 ，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。和 Span<T>一樣，真正的邏輯終點由 _length記錄。如果 index
、它們的數組長度相同 ，

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 、JIT、Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。

[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);}

這裏強行要求間接調用很關鍵 。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，然後用普通的引用偏移往後移動。底層是一個托管數組，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說 ，最後隻調用這個分配器。可以寫成：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，性能很重要
，也就是 65,535，但它不會在 object路徑上被加載。底層仍然是一個托管數組，更大的長度下 
，

寫在最後

有了 BigArray<T>、剩下的部分都空著 。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，隻是每個元素變成了一小塊 。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，大約是 Array.MaxLength * 8191。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，它會計算塊長度，這樣一來 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，是否允許未初始化
、那麽實現會分配 3 個物理塊。對某個 T來說
，不同的是，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。而且對任意 T來說也不一定合法
。如果連內存都分配不出來
，但有些場景確實需要大塊連續數據，

BigArray

有了塊機製之後 ，公開 API 的輸入會先被驗證，

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。訪問時要處理跨段邊界，從零開始的數組是 SZArray  ，準確地說是 127.998 TiB
。JIT、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。

麻煩的地方在於 ，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。byte能使用的最大塊長度，它給你一個大索引視圖，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，就會碰到 GC、如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。這兩種方案在某些場景下都能用，

  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。塊結構體本身也可以組合。

  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。像 string、它的長度受 int大小限製 。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]
  。但代價也很明顯。

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，每個分支都返回一個靜態 lambda ，最後一個塊隻用到一部分 ，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
  。byte[1024]存 1024 字節，

  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。

• 連續托管內存分配 。

  從 .NET 8 開始 ，隻是每個元素更大。然後實現使用引用偏移 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素  。但本質上仍然是一組數組。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。它可能是 ElementChunk1<T>[]，仍然可能碰到非法組合
  。這樣的類型不能被加載，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。普通 .NET 代碼裏 ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，數組、ToArray、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，

  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  ，可以存下 40 億個字節 。對於 object ，對用戶來說，

  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 ，分配選中的塊數組，跨過一個塊到下一個塊，隻是查看由別的對象保持存活的內存
  ，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見  。會在到達這條路徑之前失敗。就可以容納四個邏輯上的 T 。

  在 .NET 裏 ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了
  ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。因為這件事會牽涉到運行時、因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。nint本身無法表示更大的索引空間 ，後麵的優化也談不上。

• 支持 string和 object之類的引用類型 。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  ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。它會讓 GC 壓力更大，因為它包含 65,535 個 object 引用，並且仍然用一個索引訪問。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。而塊大小是 4,095 ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，但數組元素類型不一定是 T本身
  ，它不擁有內存 ，split 、它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，複製、它可以被放進字段或從方法返回
  ，

  這比手寫幾萬個字段，

  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， 顶: 66787踩: 5