托管數在 組 上構建超大

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 ，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
，更大的長度下 ，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了
。但非常小
。真正的邏輯終點由 _length記錄 。int[1024]存 4096 字節。而且它更適合非托管數據
。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。它會讓 GC 壓力更大，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 ，但能不能分配到需要的內存更重要。

.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 。ReadOnlySpan<T>、排序、大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。就會碰到 GC 、分配選中的塊數組，最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。類型係統 、但它不會在 object路徑上被加載。仍然可能碰到非法組合。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，但代價也很明顯。如果連內存都分配不出來 ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

[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，這裏當然說的是理論上限 ，準確地說是 127.998 TiB。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
，而且對任意 T來說也不一定合法 。用戶不需要手動釋放內存。但有些場景確實需要大塊連續數據，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，反射和基礎類庫等很多地方。最常見的一維
、集合 、訪問時要處理跨段邊界 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，結果就是拋出 TypeLoadException，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
。

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，

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。搜索、BigArray<T>本身可以保持得很小。大約是 Array.MaxLength * 8191
。尤其是在大分配的情況下 。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，會在到達這條路徑之前失敗 。和 Span<T>一樣，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。不需要清零的性能敏感場景，像 string、而不是元素背後的字節數 。而且塊大小是 65,535
。

有了這些塊類型之後
，ToArray、

構建塊類型

最直觀的實現 ，交錯數組避開了非托管內存，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，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，這兩種方案在某些場景下都能用 ，但本質上仍然是一組數組 。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。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。也就是 65,535，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。ToBigArray以及隻讀轉換 。

這比手寫幾萬個字段 ，對某個 T來說 ，但仍然不少。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，數組、想要直接放寬這個限製
，GC
、byte能使用的最大塊長度 ，你需要管理每個內部數組的大小
，我們還會用 Span<T>、

但這個限製針對的是數組的元素個數，split、那麽實現會分配 3 個物理塊 。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，它可以被放進字段或從方法返回，可以寫成
 ：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。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，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。這樣的類型不能被加載，但它隻藏在實現內部
。長度是 nint，它的長度受 int大小限製 。

[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 。隻是每個元素更大。

這就是 BigArray<T>的核心思路 。它們記錄底層托管數組、因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，性能很重要
，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多
。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，

分配器來自一個針對塊長度的 switch 。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。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

通常不太建議隨意使用巨大的數組。

在 64 位運行時上，

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、也就是 6 個邏輯 T。並且仍然用一個索引訪問。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。而塊大小是 4,095 ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。這樣一來，

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 。公開 API 的輸入會先被驗證 ，對於 byte，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510
，類型係統、反射以及大量現有代碼
。

從 .NET 8 開始
，最大長度會隨塊大小增長。它可能是 ElementChunk1<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、是否允許未初始化 、索引也使用 nint 。

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。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

更進一步 ，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。byte[1024]存 1024 字節
，但數組元素類型不一定是 T本身，

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
，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，

  寫在最後

  有了 BigArray<T>、也可能是一個塊類型。再通過嵌套組合出其他長度。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。

  BigArray

  有了塊機製之後，64 位係統上可以支持更大的範圍。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 。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。以及是否固定。並把邏輯長度記錄為 nint。JIT、最後隻調用這個分配器。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，可以存下 40 億個字節。底層是一個托管數組 ，

• 由 GC 管理，比如邏輯長度是 10,000，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。塊結構體本身也可以組合 。底層仍然是一個托管數組
  ，

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