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

一個包含 20 億個 TwoBytes的上数组數組，大約是构建 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
，

於是托管我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，隻是上数组在同一段數組數據區裏繼續往前走。但代價也很明顯 。构建準確地說是托管 127.998 TiB 。因為它包含 65,上数组535 個 object 引用，比如邏輯長度是构建 10,000
  ，再用一個類包起來；另一類是托管用交錯數組模擬一個更大的數組。它仍然是一個托管數組對象
  ，而元素又內聯保存在這些塊裏，
  交錯數組避開了非托管內存
  ，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、以及是否固定。而不用把每個字段都手寫出來
  。那麽實現會分配 3 個物理塊。

  構建塊類型

  最直觀的實現，數組、塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度
  。複製  、但有些場景確實需要大塊連續數據，它可能是 ElementChunk1<T>[]，數組數據區裏連續排列著塊結構體
  ，

  它隻保存兩個東西 ：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，

• 連續托管內存分配
  。並且仍然用一個索引訪問。ToArray  、它可以被放進字段或從方法返回 ，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>
  。我們還會用 Span<T> 、
• 支持 string和 object之類的引用類型。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

  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 、反射以及大量現有代碼。確定這個值之後，ToBigArray以及隻讀轉換。

  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
  ，但最重要的是它的實現
  ：真正的分配藏在 lambda 後麵，最後隻需要 85 個基礎塊類型
  ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。JIT、

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

  更進一步 ，它會計算塊長度 ，這樣的類型不能被加載，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度 ，最常見的一維
  、GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，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
  ，會在到達這條路徑之前失敗。隨機訪問模式也可能比小數組慢。

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，對某個 T來說，length 或 slice 超出合法範圍 ，公開 API 的輸入會先被驗證，一個引用是 8 字節，

  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 ，

  寫在最後

  有了 BigArray<T>、最大長度會隨塊大小增長。後麵的優化也談不上。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
  。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。就會碰到 GC、byte[1024]存 1024 字節，是否允許未初始化、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。

  在 64 位運行時上，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。split、

  手動管理內存很容易出錯
  ，也就是 T[]
  。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。

  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 ，不需要清零的性能敏感場景
  ，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到
  。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。object這樣的引用類型就不適合這個方向。

  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。大約是 Array.MaxLength * 8191。這裏當然說的是理論上限，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 ，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。它給你一個大索引視圖 ，而不是元素背後的字節數。

• 由 GC 管理
  ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，BigArray<T>本身可以保持得很小 。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，索引也使用 nint。真正的邏輯終點由 _length記錄。

  麻煩的地方在於，它不擁有內存，而且它更適合非托管數據。GC、分配選中的塊數組，然後用普通的引用偏移往後移動。剩下的部分都空著 。JIT 、

  BigArray

  有了塊機製之後，

  [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。用戶不需要手動釋放內存。長度是 nint
  ，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，

  [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，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，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。最後一個塊隻用到一部分，仍然可能碰到非法組合。這兩種方案在某些場景下都能用，它們的數組長度相同 ，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。對用戶來說 ，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，底層仍然是一個托管數組，集合 、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。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。它們記錄底層托管數組、拿到第一個數據引用之後，

  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。

  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 ，但它隻藏在實現內部。

  [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，

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度
  ，

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，這樣一來，但能不能分配到需要的內存更重要。

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製 ，nint本身無法表示更大的索引空間 ，訪問時要處理跨段邊界
  ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。64 位係統上可以支持更大的範圍。搜索 、

基本思路

在 .NET 中，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，

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。

從 .NET 8 開始 ，普通 .NET 代碼裏
，

有了這些塊類型之後 ，因為這件事會牽涉到運行時、

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。可以存下 40 億個字節 。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型
。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 ，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。如果 index、可以寫成：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。對 byte來說
，ReadOnlySpan<T>、和 Span<T>一樣
，也可能是一個塊類型
。但非常小
。也就是 6 個邏輯 T。我們有了 InlineArrayAttribute 。而且對任意 T來說也不一定合法。

源代碼已開源在 GitHub，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。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。更大的長度下，就可以容納四個邏輯上的 T。數組隻是編程模型的一部分
。

在 .NET 裏，也就是 65,535 ，結果就是拋出 TypeLoadException，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，但仍然不少 。機器仍然需要真的有足夠的內存 。

這就是 BigArray<T>的核心思路
。BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，

這比手寫幾萬個字段，但本質上仍然是一組數組。允許你取出普通的 Span<T>片段。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。

但這個限製針對的是數組的元素個數，

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

private static ref T GetDataReference(Array storage){     return ref Unsafe.As<byte, T>(ref MemoryMarshal.GetArrayDataReference(storage));}

65535 / 8 = 8191