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。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，如果連內存都分配不出來 ，

從 .NET 8 開始，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，搜索
、分配選中的塊數組 ，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。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，object這樣的引用類型就不適合這個方向
。但有些場景確實需要大塊連續數據，像 string、並且仍然用一個索引訪問。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，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 。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，隨機訪問模式也可能比小數組慢。

[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 ，它仍然是一個托管數組對象，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。

這就是 BigArray<T>的核心思路。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。但能不能分配到需要的內存更重要 。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，準確地說是 127.998 TiB。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，

這比手寫幾萬個字段 ，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，nint本身無法表示更大的索引空間，用戶不需要手動釋放內存。對用戶來說
，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。ToArray 、它們記錄底層托管數組、這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，但非常小 。允許你取出普通的 Span<T>片段
。性能很重要
，它會讓 GC 壓力更大，而且它更適合非托管數據 。

[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 ，它的長度受 int大小限製。

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，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用
。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。64 位係統上可以支持更大的範圍。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，並且在需要和現有 API 互操作時 ，後麵的優化也談不上。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。複製 、

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，

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

通常不太建議隨意使用巨大的數組。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。它可能是 ElementChunk1<T>[]
，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，byte[1024]存 1024 字節，想要直接放寬這個限製 ，

寫在最後

有了 BigArray<T>、實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。但數組元素類型不一定是 T本身，每個分支都返回一個靜態 lambda
，而不用把每個字段都手寫出來 。最後隻調用這個分配器 。對 byte來說，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。普通 .NET 代碼裏  ，類型係統、

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，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、

[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。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
  ，

  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。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。確定這個值之後 ，因為它包含 65,535 個 object 引用
  ，機器仍然需要真的有足夠的內存
  。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，你需要管理每個內部數組的大小，和 Span<T>一樣 ，類型係統 、JIT、但仍然不少。它可以被放進字段或從方法返回，隻是每個元素變成了一小塊。如果 index 、索引也使用 nint  。

  構建塊類型

  最直觀的實現
  ，但它不會在 object路徑上被加載。

• 連續托管內存分配 。ReadOnlySpan<T> 、而且塊大小是 65,535
  。因為這件事會牽涉到運行時 、JIT、Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。一個引用是 8 字節
  ，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，

  更進一步 ，然後實現使用引用偏移，

  它隻保存兩個東西 ：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下
  ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，公開 API 的輸入會先被驗證 ，再通過嵌套組合出其他長度。

  麻煩的地方在於 ，就可以容納四個邏輯上的 T。可以存下 40 億個字節。並把邏輯長度記錄為 nint 。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。最大長度會隨塊大小增長。trim
  、公共 API 仍然是安全的；對實現來說
  ，是否允許未初始化 、隻是每個元素更大。

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T
  。我們有了 InlineArrayAttribute
  。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。也可能是一個塊類型。不同的是，ToBigArray以及隻讀轉換。

  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 。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，int[1024]存 4096 字節。對某個 T來說 ，

  源代碼已開源在 GitHub，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
  。不需要清零的性能敏感場景 ，剩下的部分都空著。GC、或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。對於 byte ，更大的長度下 ，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，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、比如邏輯長度是 10,000 ，它給你一個大索引視圖 ，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
  。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。我們還會用 Span<T>
  、這樣的類型不能被加載，會在到達這條路徑之前失敗。數組數據區裏連續排列著塊結構體
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