由 GC 管理，托管布局基本上接近帶了一層包裝的上数组普通 T[] 。然後用普通的构建引用偏移往後移動。公共 API 仍然是托管安全的；對實現來說
，類型係統、數組 、但它不會在 object路徑上被加載 。集合 、ReadOnlySpan<T> 、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，對於 byte ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，最後隻調用這個分配器
。準確地說是 127.998 TiB 。剩下的部分都空著 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。我們還會用 Span<T>、底層是一個托管數組，塊長度是
：
65535 / Unsafe.SizeOf<T>()
所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。
BigArray
有了塊機製之後 ，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。
BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的 。公開 API 的輸入會先被驗證 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度
，
類型加載
現在假設 T是 64 位運行時上的 object。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
，它的長度受 int大小限製
。但能不能分配到需要的內存更重要 。跨過一個塊到下一個塊 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。數組隻是編程模型的一部分 。而且對任意 T來說也不一定合法 。
麻煩的地方在於 ，
- 能容納超過 20 億個元素 ，它們的
Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。但有些場景確實需要大塊連續數據 ，也就是 6 個邏輯 T
。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，從零開始的數組是 SZArray ，但本質上仍然是一組數組 。這裏當然說的是理論上限 ，是否允許未初始化
、構建塊類型
最直觀的實現，64 位係統上可以支持更大的範圍 。但最重要的是它的實現
：真正的分配藏在 lambda 後麵
，再通過嵌套組合出其他長度。並且仍然用一個索引訪問。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 ，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，而元素又內聯保存在這些塊裏，而且塊大小是 65,535。允許你取出普通的 Span<T>片段
。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏
，
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 ，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 、塊結構體本身也可以組合 。每個分支都返回一個靜態 lambda
，它可能是 ElementChunk1<T>[] ，而塊大小是 4,095 ，
- 連續托管內存分配
。
從 .NET 8 開始 ，
手動管理內存很容易出錯
，以及是否固定
。它仍然是一個托管數組對象 ，ToArray 、
- 支持
string和 object之類的引用類型 。通常不太建議隨意使用巨大的數組
。
- 支持 NativeAOT，所以合法的塊長度是 8,191
：
65535 / 8 = 8191
這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
。對某個 T來說，
[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
。而且它更適合非托管數據 。但最後以 "won't fix" 關閉，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，訪問時要處理跨段邊界 ，
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 。對用戶來說，類型係統
、對於 object，性能很重要
，JIT、但仍然不少 。而不用把每個字段都手寫出來 。這樣一來 ，分配選中的塊數組，
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 。就會碰到 GC 、隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化
，普通 .NET 代碼裏 ，
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 。
源代碼已開源在 GitHub ，拿到第一個數據引用之後 ，更大的長度下，搜索 、想要直接放寬這個限製 ，也就是 T[] 。交錯數組避開了非托管內存，
在 64 位運行時上
，它不擁有內存 ，
.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[1024]存 1024 字節，它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，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
、和 Span<T>一樣 ，因此不能依賴運行時代碼生成或反射
。
有了這些塊類型之後 ，它可以被放進字段或從方法返回，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到
。數組數據區裏連續排列著塊結構體，後麵的優化也談不上 。
sizeof(T) | chunkSize | 最壞情況多出的元素數 | 最壞情況多出的字節數 |
|---|
| 1 | 65535 | 65534 | 65534 B |
| 2 | 32767 | 32766 | 65532 B |
| 3 | 21845 | 21844 | 65532 B |
| 4 | 16383 | 16382 | 65528 B |
| 8 | 8191 | 8190 | 65520 B |
| 16 | 4095 | 4094 | 65504 B |
| 257 | 255 | 254 | 65278 B |
| 32768+ | 1 | 0 | 0 B |
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 ，
這樣的類型不能被加載
，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。反射以及大量現有代碼 。[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 ，結果就是拋出 TypeLoadException
，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。
寫在最後
有了 BigArray<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。split 、nint本身無法表示更大的索引空間 ，可以存下 40 億個字節 。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持
，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法
。
在 .NET 裏 ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。底層仍然是一個托管數組
，JIT 、而不是元素背後的字節數 。
- 索引應該跟架構相關 ：32 位係統上保持普通數組的限製 ，
struct TwoBytes{ public byte A; public byte B;}
一個包含 20 億個 TwoBytes的數組
，如果 index、因為它包含 65,535 個 object 引用 ，BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，
這比手寫幾萬個字段，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，會在到達這條路徑之前失敗 。但它隻藏在實現內部 。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。隻是查看由別的對象保持存活的內存，真正的邏輯終點由 _length記錄 。
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 。
這就是 BigArray<T>的核心思路
。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，
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 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型
，
但這個限製針對的是數組的元素個數，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。隨機訪問模式也可能比小數組慢
。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小
。不同的是
，
BigSpan 和 BigMemory
隻有持有存儲的類型還不夠
。像 string 、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 ，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 。隻是每個元素更大 。然後實現使用引用偏移
，也可能是一個塊類型 。但代價也很明顯 。它們記錄底層托管數組 、就可以容納四個邏輯上的 T 。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。最後一個塊隻用到一部分，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。也就是 65,535 ，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。BigArray<T>本身可以保持得很小。這兩種方案在某些場景下都能用，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 ，
這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>
。就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，尤其是在大分配的情況下
。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，
這也是為什麽 _storage的類型是 Array
：實際運行時類型取決於 T 。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047
。trim 、int[1024]存 4096 字節。如果連內存都分配不出來
，索引也使用 nint 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。
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 。並把邏輯長度記錄為 nint。GC
、則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊
。反射和基礎類庫等很多地方
。
分配器來自一個針對塊長度的 switch
。確定這個值之後 ，
它隻保存兩個東西
：
internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;
普通長度下 ，
喜欢
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