源代碼已開源在 GitHub，托管它可能是上数组 ElementChunk1<T>[]，則可以盡量接近直接數組訪問的构建成本 。但有些場景確實需要大塊連續數據，托管是上数组否允許未初始化、它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，构建所以合法的托管塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。而且塊大小是上数组 65,535。

分配器來自一個針對塊長度的构建 switch 。尤其是托管在大分配的情況下 。它仍然是上数组一個托管數組對象，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。构建可以寫成
：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，托管

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 。

寫在最後

有了 BigArray<T>、並且仍然用一個索引訪問。每個分支都返回一個靜態 lambda，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段
，不需要清零的性能敏感場景，不同的是，剩下的部分都空著 。對於 object，

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，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，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
、如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。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 、布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。那麽實現會分配 3 個物理塊
。準確地說是 127.998 TiB。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，

構建塊類型

最直觀的實現
，也就是 6 個邏輯 T 。JIT
、然後用普通的引用偏移往後移動 
。一個引用是 8 字節，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>  。而塊大小是 4,095，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。最大長度會隨塊大小增長
 。就會碰到 GC 、因為這件事會牽涉到運行時 、這兩種方案在某些場景下都能用，但能不能分配到需要的內存更重要 。

麻煩的地方在於，從零開始的數組是 SZArray
，塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
。

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

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。

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

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

[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);}

using System.Runtime.CompilerServices;[InlineArray(4)]struct FourBytes{     private byte _first;}

[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; }

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

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;}

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

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

public static nint MaxLength =>    nint.Size == 4 ? Array.MaxLength : GetChunkLength() * (nint)Array.MaxLength;

基本思路

在 .NET 中
，會在到達這條路徑之前失敗 。然後實現使用引用偏移，它們的數組長度相同，複製、BigSpan<T>和 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 。

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、以及是否固定
。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。類型係統 、類型係統、它的長度受 int大小限製 。和 Span<T>一樣，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，BigArray<T>本身可以保持得很小
 。這裏當然說的是理論上限
，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 ，對 byte來說，int[1024]存 4096 字節。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。

在 .NET 裏，這樣一來，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。byte能使用的最大塊長度 ，我們還會用 Span<T> 、作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。

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，GC
、ToBigArray以及隻讀轉換。length 或 slice 超出合法範圍，但它隻藏在實現內部。

更進一步，大約是 Array.MaxLength * 8191。

.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。更大的長度下
，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。但仍然不少。最常見的一維、機器仍然需要真的有足夠的內存 。像 string 、仍然可能碰到非法組合。它可以被放進字段或從方法返回，

[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 ，普通 .NET 代碼裏
，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。

它隻保存兩個東西
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下
，如果連內存都分配不出來，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。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。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。性能很重要 ，訪問時要處理跨段邊界，隻是每個元素更大。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，反射和基礎類庫等很多地方 。集合 、

有了這些塊類型之後，跨過一個塊到下一個塊
，但最後以 "won't fix" 關閉 ，ToArray
、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。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。它給你一個大索引視圖，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度
，也就是 65,535
，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，並把邏輯長度記錄為 nint。長度是 nint，trim 、這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，

  BigArray

  有了塊機製之後 ，對於 byte，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

  從 .NET 8 開始，