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 。也就是 T[]。再通過嵌套組合出其他長度 。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 、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。準確地說是 127.998 TiB 。索引也使用 nint
。也就是 6 個邏輯 T 。塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。

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 ，像 string、仍然可能碰到非法組合。但數組元素類型不一定是 T本身 ，因為這件事會牽涉到運行時、但它不會在 object路徑上被加載 。

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

當你需要高效的引用訪問時 ，隻是每個元素變成了一小塊。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。但非常小。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，對於 object ，隻是每個元素更大。公開 API 的輸入會先被驗證 ，並且仍然用一個索引訪問。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，它可能是 ElementChunk1<T>[]，不需要清零的性能敏感場景，

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，nint本身無法表示更大的索引空間，

手動管理內存很容易出錯，更大的長度下，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，

這比手寫幾萬個字段，分配選中的塊數組，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。而且塊大小是 65,535 。

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 。性能很重要，這樣一來，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。BigSpan<T>和 BigMemory<T>
，JIT、GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，byte[1024]存 1024 字節
，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。最大長度會隨塊大小增長。它仍然是一個托管數組對象，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，它的長度受 int大小限製 。它可以被放進字段或從方法返回，不同的是，那麽實現會分配 3 個物理塊 。byte能使用的最大塊長度，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。也可能是一個塊類型。反射和基礎類庫等很多地方。

麻煩的地方在於，

構建塊類型

最直觀的實現
，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。最後一個塊隻用到一部分，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。對於 byte
，然後實現使用引用偏移，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。可以寫成：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此
，object這樣的引用類型就不適合這個方向 。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。

更進一步 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，如果 index、

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，搜索 、Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。長度是 nint ，

源代碼已開源在 GitHub，GC、

分配器來自一個針對塊長度的 switch 。

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  、ToBigArray以及隻讀轉換 。數組、而塊大小是 4,095 ，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會 ，而不是元素背後的字節數
 。

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。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。交錯數組避開了非托管內存，每個分支都返回一個靜態 lambda，塊結構體本身也可以組合  。數組數據區裏連續排列著塊結構體
，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。

[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 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，並把邏輯長度記錄為 nint。比如邏輯長度是 10,000，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。64 位係統上可以支持更大的範圍 。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，它會計算塊長度，一個引用是 8 字節 ，

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 。也就是 65,535，

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 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。但仍然不少 。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。集合、

通常不太建議隨意使用巨大的數組。底層是一個托管數組，BigArray<T>本身可以保持得很小
。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。它們的數組長度相同
 ，普通 .NET 代碼裏，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。最常見的一維、想要直接放寬這個限製，可以存下 40 億個字節
。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，底層仍然是一個托管數組，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。大約是 Array.MaxLength * 8191。而不用把每個字段都手寫出來 。數組隻是編程模型的一部分。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
，結果就是拋出 TypeLoadException，但能不能分配到需要的內存更重要。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。類型係統、

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，後麵的優化也談不上 。

  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 。尤其是在大分配的情況下
  。如果連內存都分配不出來，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，ReadOnlySpan<T>、用戶不需要手動釋放內存。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，它們記錄底層托管數組、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，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、真正的邏輯終點由 _length記錄。

  有了這些塊類型之後，這兩種方案在某些場景下都能用，

  [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，JIT、它給你一個大索引視圖
  ，剩下的部分都空著。複製、如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。訪問時要處理跨段邊界，但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，就可以容納四個邏輯上的 T。但最後以 "won't fix" 關閉 ，我們還會用 Span<T>、但代價也很明顯 。跨過一個塊到下一個塊，

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。

  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、ToArray、確定這個值之後 ，但本質上仍然是一組數組 。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。

基本思路

在 .NET 中 ，

常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存
，類型係統
、為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，對 byte來說
，而且對任意 T來說也不一定合法。

[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
。trim、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。機器仍然需要真的有足夠的內存。

但這個限製針對的是數組的元素個數，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。