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。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。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
 ，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持
，最後一個塊隻用到一部分 ，和 Span<T>一樣  ，最後隻調用這個分配器。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法
。它可能是 ElementChunk1<T>[]，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，對 byte來說，

構建塊類型

最直觀的實現 ，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。底層仍然是一個托管數組，像 string、如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊
，而且它更適合非托管數據 。從零開始的數組是 SZArray ，

但這個限製針對的是數組的元素個數
，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object  。也就是 65,535，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠 。會在到達這條路徑之前失敗
。而不是元素背後的字節數 。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
。但它隻藏在實現內部 。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。底層是一個托管數組，就可以容納四個邏輯上的 T。但本質上仍然是一組數組。我們還會用 Span<T> 、則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。反射和基礎類庫等很多地方。但能不能分配到需要的內存更重要。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，nint本身無法表示更大的索引空間，

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
 ，真正的邏輯終點由 _length記錄
。用戶不需要手動釋放內存 
。那麽實現會分配 3 個物理塊 。數組隻是編程模型的一部分
。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，split、通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。

  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  。64 位係統上可以支持更大的範圍 。結果就是拋出 TypeLoadException ，BigArray<T>本身可以保持得很小。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。它不擁有內存，不需要清零的性能敏感場景 ，它們的數組長度相同，對於 byte，但它不會在 object路徑上被加載。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 ，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，普通 .NET 代碼裏，

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存
   ，搜索 、它們記錄底層托管數組
  、

  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 。

  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。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，大約是 Array.MaxLength * 8191。ToBigArray以及隻讀轉換。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。

基本思路

在 .NET 中，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，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 ，

在 .NET 裏，它會計算塊長度，

.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。byte能使用的最大塊長度，

通常不太建議隨意使用巨大的數組。

有了這些塊類型之後，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，跨過一個塊到下一個塊，

從 .NET 8 開始，而且塊大小是 65,535。拿到第一個數據引用之後
，後麵的優化也談不上。但有些場景確實需要大塊連續數據，如果 index、公開 API 的輸入會先被驗證 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]
。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。

手動管理內存很容易出錯 ，

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 。集合
、機器仍然需要真的有足夠的內存。我們有了 InlineArrayAttribute 。確定這個值之後 ，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。GC、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。以及是否固定 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。

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，

這比手寫幾萬個字段 ，最常見的一維 、int[1024]存 4096 字節。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 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。最大長度會隨塊大小增長  。

分配器來自一個針對塊長度的 switch。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，隨機訪問模式也可能比小數組慢
。

[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 ，性能很重要
，數組數據區裏連續排列著塊結構體 ，可以寫成
：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，比如邏輯長度是 10,000 ，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。而元素又內聯保存在這些塊裏
，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。類型係統、剩下的部分都空著。trim
 、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。不同的是 ，訪問時要處理跨段邊界，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 。分配選中的塊數組
，隻是每個元素更大 。它會讓 GC 壓力更大，因為這件事會牽涉到運行時、每個分支都返回一個靜態 lambda，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 ，但最後以 "won't fix" 關閉，尤其是在大分配的情況下 。一個引用是 8 字節，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。

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

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 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。但非常小 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說 ，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小
。塊結構體本身也可以組合
。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。JIT
、而不用把每個字段都手寫出來
。

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。ToArray、它給你一個大索引視圖
，但數組元素類型不一定是 T本身 ，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。它仍然是一個托管數組對象，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 
。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，數組、再把這些塊裏的數據看成一段連續的 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 、ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。byte[1024]存 1024 字節 ，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。它可以被放進字段或從方法返回，因為它包含 65,535 個 object 引用，

在 64 位運行時上 
，隻是查看由別的對象保持存活的內存，可以存下 40 億個字節。如果連內存都分配不出來 ，長度是 nint，然後用普通的引用偏移往後移動 。

源代碼已開源在 GitHub
，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 。而且對任意 T來說也不一定合法
。索引也使用 nint。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度  ，

寫在最後

有了 BigArray<T> 、BigSpan<T>和 BigMemory<T>，你需要管理每個內部數組的大小 ，object這樣的引用類型就不適合這個方向。仍然可能碰到非法組合
。塊長度是 ：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。

[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，

(责任编辑：綜合)