托管數建超大在 組 上構

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。BigSpan<T>和 BigMemory<T>，

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。但它隻藏在實現內部。

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
，

但這個限製針對的是數組的元素個數，這樣一來
，

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。JIT、也就是 T[]。而且對任意 T來說也不一定合法。

更進一步，ToBigArray以及隻讀轉換 。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047
。它給你一個大索引視圖
，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，而元素又內聯保存在這些塊裏，反射和基礎類庫等很多地方
。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。也就是 65,535，

[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，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。仍然可能碰到非法組合  。就會碰到 GC、就可以容納四個邏輯上的 T 。允許你取出普通的 Span<T>片段。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，索引也使用 nint 。它不擁有內存，

[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 ，

這比手寫幾萬個字段，再通過嵌套組合出其他長度
。

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 ，公開 API 的輸入會先被驗證 ，最後一個塊隻用到一部分
，不同的是，

有了這些塊類型之後，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、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。排序、是否允許未初始化、對用戶來說 ，GC
、這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510
，你需要管理每個內部數組的大小 ，而塊大小是 4,095 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，拿到第一個數據引用之後
，和 Span<T>一樣，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。底層是一個托管數組
，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。如果連內存都分配不出來，

BigArray

有了塊機製之後
，ReadOnlySpan<T>、隨機訪問模式也可能比小數組慢 。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

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 ，ToArray  、以及是否固定。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
，它可能是 ElementChunk1<T>[] ，它仍然是一個托管數組對象 ，

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 。可以存下 40 億個字節。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，可以寫成：

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

  因為
  ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。結果就是拋出 TypeLoadException ，int[1024]存 4096 字節 。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下 ，像 string、我們還會用 Span<T>、因為這件事會牽涉到運行時
  、

• 支持 NativeAOT ，也就是 6 個邏輯 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、最常見的一維 、

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，而且它更適合非托管數據 。反射以及大量現有代碼。但有些場景確實需要大塊連續數據，

  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 
  。如果 index 、nint本身無法表示更大的索引空間 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，但代價也很明顯。byte能使用的最大塊長度，它會計算塊長度，確定這個值之後 ，並把邏輯長度記錄為 nint。但本質上仍然是一組數組。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
  。一個引用是 8 字節 
  ，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，

  .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。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 、不需要清零的性能敏感場景，對某個 T來說，最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。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，這時最後一個塊隻使用 1 個字節 ，然後用普通的引用偏移往後移動。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
  。

  寫在最後

  有了 BigArray<T>、隻是每個元素變成了一小塊
  。這裏當然說的是理論上限 ，會在到達這條路徑之前失敗。然後實現使用引用偏移，

  在 .NET 裏  ，64 位係統上可以支持更大的範圍。而不用把每個字段都手寫出來。

  通常不太建議隨意使用巨大的數組  。數組
  、普通 .NET 代碼裏
  ，更大的長度下，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。最後隻調用這個分配器。這兩種方案在某些場景下都能用，剩下的部分都空著 。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object。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 。

  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。但能不能分配到需要的內存更重要。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，性能很重要，

  從 .NET 8 開始 ，對於 byte ，這樣的類型不能被加載，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。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 。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊
  ，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製，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。object這樣的引用類型就不適合這個方向。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。對於 object ，底層仍然是一個托管數組  ，

  源代碼已開源在 GitHub，集合、隻是每個元素更大。複製 
  、我們有了 InlineArrayAttribute 。想要直接放寬這個限製 ，塊結構體本身也可以組合。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。BigArray<T>本身可以保持得很小
  。它可以被放進字段或從方法返回 ，length 或 slice 超出合法範圍
  ，對 byte來說  ，