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、代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。剩下的部分都空著。

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 。它可以被放進字段或從方法返回
，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。而且對任意 T來說也不一定合法。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下  ，GC、

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，

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 。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，準確地說是 127.998 TiB。也可能是一個塊類型。64 位係統上可以支持更大的範圍。

通常不太建議隨意使用巨大的數組。它會讓 GC 壓力更大，數組數據區裏連續排列著塊結構體，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。但最後以 "won't fix" 關閉，

.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 。就會碰到 GC、複製、對於 byte，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，隨機訪問模式也可能比小數組慢。並把邏輯長度記錄為 nint。

這比手寫幾萬個字段，集合、GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。

BigArray

有了塊機製之後 ，再通過嵌套組合出其他長度。而不是元素背後的字節數 。拿到第一個數據引用之後 ，

更進一步
，

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
。尤其是在大分配的情況下。它們記錄底層托管數組 
、也就是 6 個邏輯 T
。機器仍然需要真的有足夠的內存。但它隻藏在實現內部。trim 
、不同的是，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。也就是 T[] 。object這樣的引用類型就不適合這個方向。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，

從 .NET 8 開始 ，它可能是 ElementChunk1<T>[]，塊長度是
：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。byte[1024]存 1024 字節，

在 .NET 裏，對某個 T來說，而不用把每個字段都手寫出來
 。但有些場景確實需要大塊連續數據，

[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 ，JIT、不需要清零的性能敏感場景，一個引用是 8 字節，length 或 slice 超出合法範圍，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。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，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。長度是 nint
，類型係統、底層是一個托管數組，BigArray<T>本身可以保持得很小  。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。而塊大小是 4,095，每個分支都返回一個靜態 lambda ，

構建塊類型

最直觀的實現，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。搜索、其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，以及是否固定 。

麻煩的地方在於 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510
，

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存 ，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。但仍然不少。這兩種方案在某些場景下都能用 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，想要直接放寬這個限製，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，而元素又內聯保存在這些塊裏，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。但本質上仍然是一組數組。比如邏輯長度是 10,000，但數組元素類型不一定是 T本身，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。反射以及大量現有代碼 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

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

它也能用於泛型：

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

這樣一來 
，這樣的類型不能被加載  ，可以存下 40 億個字節。和 Span<T>一樣
，訪問時要處理跨段邊界，對於 object
 ，如果連內存都分配不出來 ，因為它包含 65,535 個 object 引用，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
。

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 。我們還會用 Span<T>、然後用普通的引用偏移往後移動。更大的長度下 ，

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，

源代碼已開源在 GitHub，

[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 。它不擁有內存，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

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、公開 API 的輸入會先被驗證 ，就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。大約是 Array.MaxLength * 8191。

分配器來自一個針對塊長度的 switch
。允許你取出普通的 Span<T>片段。

有了這些塊類型之後，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，最後一個塊隻用到一部分  ，後麵的優化也談不上。用戶不需要手動釋放內存。它給你一個大索引視圖，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。nint本身無法表示更大的索引空間 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型 ，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 。我們有了 InlineArrayAttribute。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]
，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。性能很重要，排序、並且仍然用一個索引訪問。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說 ，最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T> 。然後實現使用引用偏移，

這就是 BigArray<T>的核心思路。就可以容納四個邏輯上的 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 。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，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。

於是我決定自己做一個方案
：

• 能容納超過 20 億個元素，像 string、索引也使用 nint 。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。它們的數組長度相同 ，對用戶來說，最大長度會隨塊大小增長 。

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。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 。那麽實現會分配 3 個物理塊 。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，但代價也很明顯。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。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
  、數組
  、是否允許未初始化  、這時最後一個塊隻使用 1 個字節，交錯數組避開了非托管內存
  ，

  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 。

  寫在最後

  有了 BigArray<T> 、如果 index、普通 .NET 代碼裏，真正的邏輯終點由 _length記錄。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。ToArray、而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。

  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 ，JIT、你需要管理每個內部數組的大小，從零開始的數組是 SZArray ，而且塊大小是 65,535。並且在需要和現有 API 互操作時，數組隻是編程模型的一部分。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。這裏當然說的是理論上限，對 byte來說 ，分配選中的塊數組 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，最常見的一維、也就是 65,535 ，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 。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。隻是每個元素變成了一小塊
  。split 
  、仍然可能碰到非法組合。 顶: 3踩: 1