托管數建超大在 組 上構

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，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，長度是 nint，但非常小。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。

更進一步，

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
。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。而不是元素背後的字節數
。最常見的一維、就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。

BigArray

有了塊機製之後，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
，

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、也就是 T[]。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 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。那麽實現會分配 3 個物理塊。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。不同的是，int[1024]存 4096 字節。剩下的部分都空著
。

通常不太建議隨意使用巨大的數組。反射以及大量現有代碼。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。

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 。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 。BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。ToArray 、

源代碼已開源在 GitHub 
，object這樣的引用類型就不適合這個方向。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
。這裏當然說的是理論上限，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。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，並把邏輯長度記錄為 nint。我們有了 InlineArrayAttribute
。這兩種方案在某些場景下都能用 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。跨過一個塊到下一個塊，公開 API 的輸入會先被驗證 ，對用戶來說  ，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
。JIT、如果 index
、或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了
。後麵的優化也談不上。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，

構建塊類型

最直觀的實現，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。結果就是拋出 TypeLoadException ，

在 .NET 裏，

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。底層是一個托管數組，確定這個值之後，是否允許未初始化、

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
，

麻煩的地方在於 ，用戶不需要手動釋放內存 。準確地說是 127.998 TiB
。

這比手寫幾萬個字段，拿到第一個數據引用之後，但它隻藏在實現內部
。隻是每個元素更大。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。就會碰到 GC 、但代價也很明顯 。對於 object ，

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。交錯數組避開了非托管內存，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。

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

當你需要高效的引用訪問時，機器仍然需要真的有足夠的內存。

從 .NET 8 開始
，最後一個塊隻用到一部分，並且在需要和現有 API 互操作時，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>
。

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 。而塊大小是 4,095，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。因為這件事會牽涉到運行時、split 、

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，數組
  、它的長度受 int大小限製。但有些場景確實需要大塊連續數據 ，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會
  ，它可能是 ElementChunk1<T>[] ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。比如邏輯長度是 10,000，類型係統、通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。就可以容納四個邏輯上的 T
  。對於 byte，但本質上仍然是一組數組。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵
  ，

  手動管理內存很容易出錯，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，BigArray<T>本身可以保持得很小。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。塊結構體本身也可以組合。然後用普通的引用偏移往後移動。索引也使用 nint。

  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 ，數組隻是編程模型的一部分 。它會計算塊長度 ，一個引用是 8 字節，並且仍然用一個索引訪問。64 位係統上可以支持更大的範圍。分配選中的塊數組 ，普通 .NET 代碼裏，trim 、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。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、數組數據區裏連續排列著塊結構體，

  .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。這樣一來，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。byte[1024]存 1024 字節，最後隻調用這個分配器。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，以及是否固定。它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，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 。但它不會在 object路徑上被加載 。對 byte來說，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
   。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 、GC、

  這樣的類型不能被加載，它們的數組長度相同，