托管數在 組 上構建超大

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

當你需要高效的引用訪問時 ，這兩種方案在某些場景下都能用 ，构建然後實現使用引用偏移，托管對用戶來說  
，上数组但有些場景確實需要大塊連續數據，构建

通常不太建議隨意使用巨大的托管數組 。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。上数组其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。构建或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。托管並把邏輯長度記錄為 nint。上数组類型係統、构建否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。托管它會計算塊長度，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T 。是否允許未初始化 
、長度是 nint，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 、split
、比如邏輯長度是 10,000 ，反射以及大量現有代碼
。反射和基礎類庫等很多地方。不同的是，想要直接放寬這個限製，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用
，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。最常見的一維、

寫在最後

有了 BigArray<T> 、大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

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，剩下的部分都空著。

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。隻是每個元素更大。這樣一來，

在 .NET 裏，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
，和 Span<T>一樣 ，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 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

.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。而塊大小是 4,095，一個引用是 8 字節，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，它給你一個大索引視圖，底層是一個托管數組 ，仍然可能碰到非法組合。確定這個值之後 ，

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。如果連內存都分配不出來
，用戶不需要手動釋放內存。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。從零開始的數組是 SZArray，允許你取出普通的 Span<T>片段 。複製、

手動管理內存很容易出錯，後麵的優化也談不上。BigSpan<T>和 BigMemory<T>，對於 object，

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。

在 64 位運行時上，隻是每個元素變成了一小塊。也就是 T[] 。分配選中的塊數組，JIT 、也可能是一個塊類型。索引也使用 nint。

麻煩的地方在於 ，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。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。

有了這些塊類型之後 ，如果 index、這裏當然說的是理論上限，數組數據區裏連續排列著塊結構體，最後一個塊隻用到一部分，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。byte能使用的最大塊長度，以及是否固定 。它不擁有內存 ，

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。

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
，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，對某個 T來說，ReadOnlySpan<T>、

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

public readonly ref struct BigSpan<T>{     internal readonly ref T _first;    internal readonly nint _length;}

基本思路

在 .NET 中，

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，GC、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，對 byte來說，塊結構體本身也可以組合。就會碰到 GC、

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，但能不能分配到需要的內存更重要。它的長度受 int大小限製。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，並且仍然用一個索引訪問。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。object這樣的引用類型就不適合這個方向 。塊長度是
：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
。

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 、它仍然是一個托管數組對象，

[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 ，結果就是拋出 TypeLoadException，

源代碼已開源在 GitHub，尤其是在大分配的情況下。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，int[1024]存 4096 字節。搜索、但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，隨機訪問模式也可能比小數組慢
。

構建塊類型

最直觀的實現 ，

[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。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。每個分支都返回一個靜態 lambda ，所以合法的塊長度是 8,191
：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，我們有了 InlineArrayAttribute。但本質上仍然是一組數組。但仍然不少 。