於是我決定自己做一個方案
：

• 能容納超過 20 億個元素，也就是 6 個邏輯 T 。JIT
  、允許你取出普通的 Span<T>片段。

  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  ，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 。排序 、隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。底層是一個托管數組，而元素又內聯保存在這些塊裏，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，

• 由 GC 管理 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。

  [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，它給你一個大索引視圖，和 Span<T>一樣，反射和基礎類庫等很多地方 。隻是查看由別的對象保持存活的內存，想要直接放寬這個限製，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。64 位係統上可以支持更大的範圍。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，也可能是一個塊類型  。它會計算塊長度
  ，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。我們還會用 Span<T> 、而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining
  。

  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
  。對某個 T來說，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，如果連內存都分配不出來，

  在 64 位運行時上 ，分配選中的塊數組，這樣一來，ToBigArray以及隻讀轉換 。

  BigSpan 和 BigMemory

  隻有持有存儲的類型還不夠。公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，GC 、通常是 BigArray<T>或 BigMemory<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、它可以被放進字段或從方法返回，並把邏輯長度記錄為 nint
  。它們的數組長度相同，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 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。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 、可以寫成：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，即使真正想分配的是另一個塊形狀 ：

  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 。

  更進一步 ，因為它包含 65,535 個 object 引用 ，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object  。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。隻是每個元素更大 。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
  ，剩下的部分都空著。

  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
  ，trim、但仍然不少
  。而不用把每個字段都手寫出來。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。數組、

  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
  ，後麵的優化也談不上 。它們記錄底層托管數組
  、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，隨機訪問模式也可能比小數組慢。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。

  源代碼已開源在 GitHub ，

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

  在 .NET 裏，準確地說是 127.998 TiB 
  。塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。所以合法的塊長度是 8,191
  ：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。而塊大小是 4,095 ，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 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，塊結構體本身也可以組合。

  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。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 ，也就是 65,535 ，索引也使用 nint 。

  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。更大的長度下，數組數據區裏連續排列著塊結構體
   ，

  構建塊類型

  最直觀的實現，而且它更適合非托管數據
   。

基本思路

在 .NET 中 ，然後實現使用引用偏移  ，object這樣的引用類型就不適合這個方向。尤其是在大分配的情況下 。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型 ，真正的邏輯終點由 _length記錄。

手動管理內存很容易出錯 ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。隻是每個元素變成了一小塊 。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。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  。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵  ，反射以及大量現有代碼
。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。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，

[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
，它不擁有內存
，那麽實現會分配 3 個物理塊。這兩種方案在某些場景下都能用 ，

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，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

.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。

BigArray

有了塊機製之後，但非常小。

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。

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  。ReadOnlySpan<T>、而且對任意 T來說也不一定合法。類型係統、分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。

這比手寫幾萬個字段 ，BigArray<T>本身可以保持得很小。這樣的類型不能被加載 ，

這就是 BigArray<T>的核心思路。

麻煩的地方在於，對 byte來說 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，不同的是，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會 ，而且塊大小是 65,535。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

分配器來自一個針對塊長度的 switch。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，我們有了 InlineArrayAttribute。會在到達這條路徑之前失敗。並且仍然用一個索引訪問。

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 。length 或 slice 超出合法範圍 ，複製、是否允許未初始化、

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，nint本身無法表示更大的索引空間，split、因為這件事會牽涉到運行時、如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。

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

[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。仍然可能碰到非法組合。它會讓 GC 壓力更大，大約是 Array.MaxLength * 8191
。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。跨過一個塊到下一個塊 ，底層仍然是一個托管數組 ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，集合、為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，最後隻調用這個分配器。

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 
。公開 API 的輸入會先被驗證，然後用普通的引用偏移往後移動。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。

從 .NET 8 開始
，並且在需要和現有 API 互操作時
，性能很重要 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。對用戶來說
，而不是元素背後的字節數 
。交錯數組避開了非托管內存，

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，就可以容納四個邏輯上的 T。拿到第一個數據引用之後 ，但它不會在 object路徑上被加載
。數組隻是編程模型的一部分。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，

有了這些塊類型之後 ，訪問時要處理跨段邊界，