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[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，排序、我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，但仍然不少 。對 byte來說，也就是 T[] 。

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、它會計算塊長度 ，而元素又內聯保存在這些塊裏，但它隻藏在實現內部。並且仍然用一個索引訪問。訪問時要處理跨段邊界
，

.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。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

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。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。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。length 或 slice 超出合法範圍，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T> 。底層是一個托管數組，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
 ，64 位係統上可以支持更大的範圍。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。

從 .NET 8 開始 ，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。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，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。隻是每個元素變成了一小塊。就可以容納四個邏輯上的 T 。最常見的一維、它的長度受 int大小限製。

在 64 位運行時上
，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，

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。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，我們有了 InlineArrayAttribute
。真正的邏輯終點由 _length記錄 。性能很重要，對用戶來說，集合
、

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，複製
、仍然可能碰到非法組合。像 string、由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，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、可以寫成：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，以及是否固定。確定這個值之後，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多
。

[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。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。會在到達這條路徑之前失敗 
。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。允許你取出普通的 Span<T>片段。那麽實現會分配 3 個物理塊。

手動管理內存很容易出錯 ，從零開始的數組是 SZArray，大約是 Array.MaxLength * 8191。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。而不是元素背後的字節數。但最後以 "won't fix" 關閉 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，也就是 65,535，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，你需要管理每個內部數組的大小，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，再通過嵌套組合出其他長度 。

  則可以盡量接近直接數組訪問的成本。然後實現使用引用偏移，類型係統、

  [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 ，底層仍然是一個托管數組，然後用普通的引用偏移往後移動 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，可以存下 40 億個字節。

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，

  源代碼已開源在 GitHub，

  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 ，但數組元素類型不一定是 T本身
  ，數組、因為這件事會牽涉到運行時、trim、而且塊大小是 65,535。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。

  但這個限製針對的是數組的元素個數，

• 支持 string和 object之類的引用類型 。更大的長度下，數組隻是編程模型的一部分。object這樣的引用類型就不適合這個方向
  。拿到第一個數據引用之後，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用
  ，

  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。但本質上仍然是一組數組。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。split、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，

  BigSpan 和 BigMemory

  隻有持有存儲的類型還不夠 。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。

  分配器來自一個針對塊長度的 switch
  。JIT、

  在 .NET 裏，長度是 nint
  ，隻是每個元素更大。不需要清零的性能敏感場景，但能不能分配到需要的內存更重要。不同的是，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，

  這比手寫幾萬個字段，如果連內存都分配不出來，類型係統 、一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。公開 API 的輸入會先被驗證 ，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，塊結構體本身也可以組合 。

  sizeof(T)	chunkSize	最壞情況多出的元素數	最壞情況多出的字節數
  1	65535	65534	65534 B
  2	32767	32766	65532 B
  3	21845	21844	65532 B
  4	16383	16382	65528 B
  8	8191	8190	65520 B
  16	4095	4094	65504 B
  257	255	254	65278 B
  32768+	1	0	0 B

  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，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。JIT、它不擁有內存，

  有了這些塊類型之後
  ，對某個 T來說
   ，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。和 Span<T>一樣 ，這樣的類型不能被加載 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，

  構建塊類型

  最直觀的實現，一個引用是 8 字節 ，反射以及大量現有代碼 。這裏當然說的是理論上限
  ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

  麻煩的地方在於，

  [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，剩下的部分都空著。分配選中的塊數組，

• 支持 NativeAOT，用戶不需要手動釋放內存 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。並且在需要和現有 API 互操作時
  ，也就是 6 個邏輯 T 。因為它包含 65,535 個 object 引用 ，這時最後一個塊隻使用 1 個字節
  ，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。隨機訪問模式也可能比小數組慢。比如邏輯長度是 10,000
  ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度
  ，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
  。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，普通 .NET 代碼裏
  ，BigArray<T>本身可以保持得很小。byte[1024]存 1024 字節 ，索引也使用 nint 。跨過一個塊到下一個塊 ，並把邏輯長度記錄為 nint。機器仍然需要真的有足夠的內存
  。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，結果就是拋出 TypeLoadException 
  ，它們的數組長度相同，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，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 。也可能是一個塊類型
  。但它不會在 object路徑上被加載。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。數組數據區裏連續排列著塊結構體，

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，

  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，

  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 。隻是查看由別的對象保持存活的內存，

  BigArray

  有了塊機製之後 ，