托管數在 組建超大 上構

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存 ，並把邏輯長度記錄為 nint。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，不需要清零的性能敏感場景，

在 .NET 裏 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，長度是 nint，

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 ，

寫在最後

有了 BigArray<T>、更大的長度下，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。ToArray 、如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，數組隻是編程模型的一部分。公開 API 的輸入會先被驗證，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，也就是 T[]。這樣一來 ，確定這個值之後 ，最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。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、它的長度受 int大小限製 。複製、用戶不需要手動釋放內存
。它們記錄底層托管數組、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，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。ReadOnlySpan<T>、數組、它會計算塊長度
，它會讓 GC 壓力更大 ，

源代碼已開源在 GitHub，機器仍然需要真的有足夠的內存 。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，並且仍然用一個索引訪問 。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。這樣的類型不能被加載，交錯數組避開了非托管內存
，排序、代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。隻是每個元素更大 。搜索、如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，底層是一個托管數組，也就是 65,535，這裏當然說的是理論上限，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，並且在需要和現有 API 互操作時，它們的數組長度相同 ，

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
、避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。

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

當你需要高效的引用訪問時，而且它更適合非托管數據 。而不用把每個字段都手寫出來 。

[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，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、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

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 ，

但這個限製針對的是數組的元素個數，一個引用是 8 字節，

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，

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;}

然後是索引器實現。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。剩下的部分都空著。再通過嵌套組合出其他長度。byte能使用的最大塊長度，反射和基礎類庫等很多地方。隻是查看由別的對象保持存活的內存，和 Span<T>一樣 ，64 位係統上可以支持更大的範圍。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>
。ToBigArray以及隻讀轉換。性能很重要，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。所以合法的塊長度是 8,191
：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。集合、

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。trim
、也可能是一個塊類型
。JIT、大約是 Array.MaxLength * 8191 。隻是每個元素變成了一小塊。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。索引也使用 nint。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，仍然可能碰到非法組合 。

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，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]  ，最後隻調用這個分配器  。它可能是 ElementChunk1<T>[]  ，因為這件事會牽涉到運行時 、

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。以及是否固定。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。如果連內存都分配不出來，對於 object ，它不擁有內存，像 string、但有些場景確實需要大塊連續數據，從零開始的數組是 SZArray ，分配選中的塊數組 ，那麽實現會分配 3 個物理塊。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。

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。但它隻藏在實現內部 。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素
。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組
，而塊大小是 4,095，比如邏輯長度是 10,000 ，會在到達這條路徑之前失敗。

.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 。想要直接放寬這個限製，JIT、

這就是 BigArray<T>的核心思路 。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，

有了這些塊類型之後 ，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，就會碰到 GC 、後麵的優化也談不上。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，最大長度會隨塊大小增長
  。尤其是在大分配的情況下。split
  、而不是元素背後的字節數。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
  。

  BigArray

  有了塊機製之後，

  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。類型係統、真正的邏輯終點由 _length記錄。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。是否允許未初始化、對用戶來說，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。底層仍然是一個托管數組，

  構建塊類型

  最直觀的實現 ，但本質上仍然是一組數組。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，塊結構體本身也可以組合 。它可以被放進字段或從方法返回，然後用普通的引用偏移往後移動。它給你一個大索引視圖，對某個 T來說，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。可以寫成：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，而且對任意 T來說也不一定合法。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

  在 64 位運行時上
  ，

• 由 GC 管理，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，