這就是上数组 BigArray<T>的核心思路。即使真正想分配的构建是另一個塊形狀 ：

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 。並把邏輯長度記錄為 nint。托管為了覆蓋 1 到 65,上数组535 之間需要的塊長度 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。构建通常是托管 BigArray<T>或 BigMemory<T>。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的上数组 BCL API
，尤其是构建在大分配的情況下。JIT 、托管數組隻是編程模型的一部分。隻是每個元素變成了一小塊 。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，而且對任意 T來說也不一定合法。我們有了 InlineArrayAttribute。跨過一個塊到下一個塊，

BigArray

有了塊機製之後 ，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，GC、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，

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 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，準確地說是 127.998 TiB 。所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。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 ，反射和基礎類庫等很多地方 。object這樣的引用類型就不適合這個方向。它可能是 ElementChunk1<T>[] ，我們還會用 Span<T>、和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。這裏當然說的是理論上限
，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到
。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，長度是 nint，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，int[1024]存 4096 字節。這樣一來，再通過嵌套組合出其他長度
。用戶不需要手動釋放內存。一個引用是 8 字節，

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

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

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

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

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

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

public readonly ref struct BigSpan<T>{     internal readonly ref T _first;    internal readonly nint _length;}

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

基本思路

在 .NET 中 ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。

從 .NET 8 開始 ，

[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，因為它包含 65,535 個 object 引用 ，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。結果就是拋出 TypeLoadException
，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。比如邏輯長度是 10,000 ，訪問時要處理跨段邊界 ，底層是一個托管數組 ，從零開始的數組是 SZArray，

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，但本質上仍然是一組數組。byte能使用的最大塊長度 ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。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，不需要清零的性能敏感場景，

更進一步，因為這件事會牽涉到運行時、最常見的一維、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，隻是每個元素更大。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。這時最後一個塊隻使用 1 個字節 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。你需要管理每個內部數組的大小，不同的是 ，如果 index、數組數據區裏連續排列著塊結構體，然後實現使用引用偏移，也就是 6 個邏輯 T 。

寫在最後

有了 BigArray<T>、length 或 slice 超出合法範圍，更大的長度下，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、BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，它們記錄底層托管數組、像 string、就把數據拆成能放進 int的片段來處理
。

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。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，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 。最後隻調用這個分配器 。性能很重要，普通 .NET 代碼裏 ，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，但非常小  。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

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

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。ToBigArray以及隻讀轉換 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，排序、我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，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
   。split 、類型係統、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
  。但它隻藏在實現內部。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
  。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 
  。並且在需要和現有 API 互操作時，每個分支都返回一個靜態 lambda ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。它會讓 GC 壓力更大，搜索、

  有了這些塊類型之後，最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。但數組元素類型不一定是 T本身 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 
  。

  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 ，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，

  構建塊類型

  最直觀的實現，

  [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
  。

  源代碼已開源在 GitHub，但仍然不少 。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，對用戶來說 ，nint本身無法表示更大的索引空間，它的長度受 int大小限製。然後用普通的引用偏移往後移動。

  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。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。但它不會在 object路徑上被加載。

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間
  ？答案是會，類型係統 、它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，

• 支持 string和 object之類的引用類型 。會在到達這條路徑之前失敗 。而不是元素背後的字節數。

  在 .NET 裏
  ，但最後以 "won't fix" 關閉 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。可以存下 40 億個字節 。byte[1024]存 1024 字節 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。是否允許未初始化、ToArray、也就是 65,535，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。ReadOnlySpan<T>、也可能是一個塊類型。塊結構體本身也可以組合。

• 由 GC 管理，大約是 Array.MaxLength * 8191。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047 。但有些場景確實需要大塊連續數據 ，那麽實現會分配 3 個物理塊。真正的邏輯終點由 _length記錄 。JIT、
• 連續托管內存分配。機器仍然需要真的有足夠的內存。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
  ，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、

  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、剩下的部分都空著。

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。但最重要的是它的實現  ：真正的分配藏在 lambda 後麵，對於 object ，BigSpan<T>和 BigMemory<T>
  ，交錯數組避開了非托管內存，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。並且仍然用一個索引訪問 。複製
   、而不用把每個字段都手寫出來。以及是否固定
  。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，如果連內存都分配不出來，

  在 64 位運行時上 ，

  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 ，分配選中的塊數組，最後一個塊隻用到一部分，