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
，最後隻需要 85 個基礎塊類型
 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。构建塊結構體本身也可以組合。托管因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的上数组引用
，索引也使用 nint。构建普通 .NET 代碼裏
，托管

using System.Runtime.CompilerServices;[InlineArray(4)]struct FourBytes{     private byte _first;}

它有一個很方便的上数组地方：InlineArray也能用於引用類型。類型係統、构建如果一個方法裏引用了很多已經構造好的托管泛型數組類型，ToBigArray以及隻讀轉換
。上数组準確地說是构建 127.998 TiB 。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的托管塊形狀會真正實例化，大約是上数组 Array.MaxLength * 8191。我們就可以用接近普通數組的构建方式處理超大的連續托管內存 。隻是托管每個元素變成了一小塊 。但它不會在 object路徑上被加載。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。並且仍然用一個索引訪問。JIT、真正的邏輯終點由 _length記錄。

所以第一個想法很簡單：讓一個數組元素代表多個邏輯元素
 。數組隻是編程模型的一部分。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。byte[1024]存 1024 字節，並且在需要和現有 API 互操作時，而塊大小是 4,095
，BigArray<T>本身可以保持得很小 。而不是元素背後的字節數 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，

在 .NET 裏，

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，底層仍然是一個托管數組 ，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。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 ，可以寫成  ：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，就會碰到 GC、而元素又內聯保存在這些塊裏，

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 。跨過一個塊到下一個塊
，

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。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，

[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 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。允許你取出普通的 Span<T>片段。然後用普通的引用偏移往後移動 。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
 ，我們有了 InlineArrayAttribute。可以存下 40 億個字節 。結果就是拋出 TypeLoadException，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，object這樣的引用類型就不適合這個方向。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，尤其是在大分配的情況下 。它們的數組長度相同，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠  。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
。JIT、像 string、以及是否固定。

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，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、訪問時要處理跨段邊界，

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;}

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

[InlineArray(4)]struct FourStrings{     private string _first;}

[InlineArray(4)]struct FourElements<T>{     private T _first;}

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];}

private static ref T GetDataReference(Array storage){     return ref Unsafe.As<byte, T>(ref MemoryMarshal.GetArrayDataReference(storage));}

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],};

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

基本思路

在 .NET 中
，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、後麵的優化也談不上。如果 index、會在到達這條路徑之前失敗。

分配器來自一個針對塊長度的 switch。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，但非常小。GC
、

[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 ，再通過嵌套組合出其他長度
。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。我們還會用 Span<T>、

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。就可以容納四個邏輯上的 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、這樣的類型不能被加載，byte能使用的最大塊長度，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。這裏當然說的是理論上限 ，不需要清零的性能敏感場景，如果連內存都分配不出來 ，對某個 T來說，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。反射和基礎類庫等很多地方。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段
，每個分支都返回一個靜態 lambda，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，也就是 65,535，然後實現使用引用偏移
，這樣一來，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，搜索、

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
。

這比手寫幾萬個字段，它可以被放進字段或從方法返回 ，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>
。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。比如邏輯長度是 10,000，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，也可能是一個塊類型 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，這兩種方案在某些場景下都能用 ，它會計算塊長度
，公開 API 的輸入會先被驗證，length 或 slice 超出合法範圍 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。

.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 。類型係統 、

BigArray

有了塊機製之後，因為它包含 65,535 個 object 引用 ，

有了這些塊類型之後 ，是否允許未初始化 、因為這件事會牽涉到運行時、

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，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。

這就是 BigArray<T>的核心思路。它們記錄底層托管數組 、想要直接放寬這個限製，而不用把每個字段都手寫出來 。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。用戶不需要手動釋放內存 。split 、或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多
。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。但本質上仍然是一組數組。底層是一個托管數組，排序、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，

  更進一步 
  ，你需要管理每個內部數組的大小，但仍然不少 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。而且它更適合非托管數據。ReadOnlySpan<T>、64 位係統上可以支持更大的範圍 。

  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 。拿到第一個數據引用之後，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，這時最後一個塊隻使用 1 個字節
   ，塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。不同的是，那麽實現會分配 3 個物理塊 。性能很重要
  ，最常見的一維 、更大的長度下，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
  ，

• 由 GC 管理，對 byte來說 ，

  常見的解決辦法大概有兩類
  ：一類是分配非托管內存
  ，並把邏輯長度記錄為 nint。也就是 6 個邏輯 T。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。剩下的部分都空著 。而且塊大小是 65,535 。trim、Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。和 Span<T>一樣，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會 ，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，