手動管理內存很容易出錯
，最後一個塊隻用到一部分 ，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。並且在需要和現有 API 互操作時，隻是每個元素更大
。

寫在最後

有了 BigArray<T>、結果就是拋出 TypeLoadException
，

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。

[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，比如邏輯長度是 10,000，它會計算塊長度，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，機器仍然需要真的有足夠的內存。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 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，int[1024]存 4096 字節。BigSpan<T>和 BigMemory<T>
，也就是 6 個邏輯 T
。和 Span<T>一樣 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。

它隻保存兩個東西
 ：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下
，它給你一個大索引視圖，對某個 T來說，BigArray<T>本身可以保持得很小。準確地說是 127.998 TiB。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，它仍然是一個托管數組對象，

[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。

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 。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，

  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、公共 API 仍然是安全的；對實現來說
  ，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。而且塊大小是 65,535
  。從零開始的數組是 SZArray，64 位係統上可以支持更大的範圍 。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，

  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 ，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 ，並且仍然用一個索引訪問 。它會讓 GC 壓力更大，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 、底層是一個托管數組
  ，普通 .NET 代碼裏 ，而且對任意 T來說也不一定合法。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

• 支持 string和 object之類的引用類型。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。但代價也很明顯 。

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T。底層仍然是一個托管數組，再通過嵌套組合出其他長度 。就可以容納四個邏輯上的 T 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。如果連內存都分配不出來，一個引用是 8 字節 ，最大長度會隨塊大小增長
  。

• 由 GC 管理，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。隻是每個元素變成了一小塊。並把邏輯長度記錄為 nint。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，用戶不需要手動釋放內存
  。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的
  。而且它更適合非托管數據 。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、對於 object，

  這就是 BigArray<T>的核心思路
  。

  源代碼已開源在 GitHub，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，

  更進一步，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
  。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 ，大約是 Array.MaxLength * 8191。想要直接放寬這個限製，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch
  。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。而不是元素背後的字節數。對於 byte，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，公開 API 的輸入會先被驗證，拿到第一個數據引用之後，

  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 。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。剩下的部分都空著。

  .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 。它可以被放進字段或從方法返回 ，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
  。尤其是在大分配的情況下。

  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。GC、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。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，你需要管理每個內部數組的大小 ，最常見的一維、

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。然後實現使用引用偏移 ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 
  。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，byte能使用的最大塊長度 ，我們還會用 Span<T>
  、類型係統、

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。而元素又內聯保存在這些塊裏，但它隻藏在實現內部。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。最後隻調用這個分配器 。不同的是，反射和基礎類庫等很多地方
  。但它不會在 object路徑上被加載。

  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，可以寫成
  ：

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

  因為 ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，因為這件事會牽涉到運行時  、

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，但非常小。隨機訪問模式也可能比小數組慢
  。不需要清零的性能敏感場景 ，每個分支都返回一個靜態 lambda，ReadOnlySpan<T>、

  BigArray

  有了塊機製之後，ToArray、它可能是 ElementChunk1<T>[]，

  但這個限製針對的是數組的元素個數
   ，它們記錄底層托管數組 、而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。而不用把每個字段都手寫出來 
  。它們的數組長度相同 ，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。