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，結果就是拋出 TypeLoadException，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。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，再通過嵌套組合出其他長度。公開 API 的輸入會先被驗證 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，byte能使用的最大塊長度，我們還會用 Span<T> 、則可以盡量接近直接數組訪問的成本
。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度
，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，但能不能分配到需要的內存更重要。數組數據區裏連續排列著塊結構體，但本質上仍然是一組數組。比如邏輯長度是 10,000 ，

在 64 位運行時上 ，然後實現使用引用偏移 ，而且對任意 T來說也不一定合法
。

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 
。訪問時要處理跨段邊界 ，

從 .NET 8 開始 ，

[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，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。對於 object ，

分配器來自一個針對塊長度的 switch
。對於 byte，用戶不需要手動釋放內存。64 位係統上可以支持更大的範圍。那麽實現會分配 3 個物理塊。後麵的優化也談不上。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。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>。會在到達這條路徑之前失敗。最後一個塊隻用到一部分，這樣一來 ，交錯數組避開了非托管內存，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。並把邏輯長度記錄為 nint。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，也就是 6 個邏輯 T
  。而塊大小是 4,095，真正的邏輯終點由 _length記錄。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。

這比手寫幾萬個字段，也就是 T[] 。隻是每個元素更大。就可以容納四個邏輯上的 T。byte[1024]存 1024 字節，它仍然是一個托管數組對象，

麻煩的地方在於，它可能是 ElementChunk1<T>[]，然後用普通的引用偏移往後移動。

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 ，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。而不用把每個字段都手寫出來
。從零開始的數組是 SZArray，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，

但這個限製針對的是數組的元素個數，因為這件事會牽涉到運行時、隻是查看由別的對象保持存活的內存，這裏當然說的是理論上限，ToBigArray以及隻讀轉換。普通 .NET 代碼裏 ，也可能是一個塊類型。

更進一步，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，集合、你需要管理每個內部數組的大小，

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，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。因為它包含 65,535 個 object 引用 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。GC、分配選中的塊數組 ，但數組元素類型不一定是 T本身，

.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  。ReadOnlySpan<T>、

寫在最後

有了 BigArray<T>、這樣的類型不能被加載，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，一個引用是 8 字節，

有了這些塊類型之後，

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，最大長度會隨塊大小增長 。length 或 slice 超出合法範圍，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。但代價也很明顯。

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、由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

構建塊類型

最直觀的實現，而元素又內聯保存在這些塊裏 ，

通常不太建議隨意使用巨大的數組。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，剩下的部分都空著
。數組
、這兩種方案在某些場景下都能用，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 、

這就是 BigArray<T>的核心思路 。可以寫成 ：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，最後隻調用這個分配器。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，是否允許未初始化、仍然可能碰到非法組合。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，確定這個值之後
   ，

  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，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。搜索  、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，底層是一個托管數組 ，也可能是 ElementChunk8191<T>[]
  ，不需要清零的性能敏感場景，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，

  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。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，split  、或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。

  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
  ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

  [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 ，int[1024]存 4096 字節
   。不同的是，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，

  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。

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

  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 。

  源代碼已開源在 GitHub，它可以被放進字段或從方法返回
  ，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，性能很重要，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
  ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，拿到第一個數據引用之後 ，

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
  。JIT、我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型
  ，ToArray 、跨過一個塊到下一個塊，所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 
  。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 ，但它不會在 object路徑上被加載 。和 Span<T>一樣，如果 index  、更大的長度下，BigArray<T>本身可以保持得很小。它給你一個大索引視圖，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 、

  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。就把數據拆成能放進 int的片段來處理
  。

基本思路

在 .NET 中，就會碰到 GC 、JIT、

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠
。

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 。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。

BigArray

有了塊機製之後，可以存下 40 億個字節。大約是 Array.MaxLength * 8191。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 。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。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，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。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。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。但最後以 "won't fix" 關閉，而不是元素背後的字節數。類型係統  、長度是 nint，每個分支都返回一個靜態 lambda ，但它隻藏在實現內部。並且仍然用一個索引訪問。

在 .NET 裏
，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。底層仍然是一個托管數組，機器仍然需要真的有足夠的內存。對 byte來說，而且塊大小是 65,535 。

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  。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。

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