在 組建超大托管數 上構

構建塊類型

最直觀的實現，

[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，隨機訪問模式也可能比小數組慢。但數組元素類型不一定是 T本身，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，比如邏輯長度是 10,000，

這就是 BigArray<T>的核心思路。普通 .NET 代碼裏，但本質上仍然是一組數組。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠
。而不是元素背後的字節數。可以寫成
：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，隻是查看由別的對象保持存活的內存，

[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
，尤其是在大分配的情況下 。

BigArray

有了塊機製之後 ，trim 、類型係統、ToArray、也就是 6 個邏輯 T。並把邏輯長度記錄為 nint
 。

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 。用戶不需要手動釋放內存。長度是 nint，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。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。塊長度是
：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。

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。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。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 、和 Span<T>一樣，也可能是一個塊類型
。類型係統
、

[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 。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，但最後以 "won't fix" 關閉，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，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  。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，

麻煩的地方在於
，對於 object，數組數據區裏連續排列著塊結構體，

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。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 ，對某個 T來說 ，

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，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。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 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。split 、其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。這樣的類型不能被加載，它不擁有內存，並且仍然用一個索引訪問
。因為這件事會牽涉到運行時、

.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。

更進一步，一個引用是 8 字節 ，而不用把每個字段都手寫出來。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會，

分配器來自一個針對塊長度的 switch
。

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，仍然可能碰到非法組合 。GC 
、最後一個塊隻用到一部分，但非常小。底層是一個托管數組，它給你一個大索引視圖，就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。而元素又內聯保存在這些塊裏
，集合
、實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，我們有了 InlineArrayAttribute。

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。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 
，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

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。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 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說
，nint本身無法表示更大的索引空間，從零開始的數組是 SZArray
 ，交錯數組避開了非托管內存
，然後實現使用引用偏移，反射以及大量現有代碼  。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，

這比手寫幾萬個字段，然後用普通的引用偏移往後移動。確定這個值之後，可以存下 40 億個字節 。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，結果就是拋出 TypeLoadException ，

從 .NET 8 開始，如果連內存都分配不出來，最常見的一維、

在 64 位運行時上，但仍然不少。就會碰到 GC 、大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用
，不需要清零的性能敏感場景 ，複製 、它會計算塊長度，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。不同的是，剩下的部分都空著 。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。以及是否固定。而塊大小是 4,095，所以合法的塊長度是 8,191：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。它可能是 ElementChunk1<T>[]，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，是否允許未初始化、

源代碼已開源在 GitHub
，int[1024]存 4096 字節  。

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，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，對用戶來說，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。但有些場景確實需要大塊連續數據，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，

寫在最後

有了 BigArray<T>
、

有了這些塊類型之後，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。索引也使用 nint。你需要管理每個內部數組的大小，

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 。而且它更適合非托管數據 。object這樣的引用類型就不適合這個方向 。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，它的長度受 int大小限製。64 位係統上可以支持更大的範圍。搜索、如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，塊結構體本身也可以組合。大約是 Array.MaxLength * 8191 。我們還會用 Span<T> 、像 string、這裏當然說的是理論上限 ，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。對於 byte，最後隻調用這個分配器 。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵  ，它會讓 GC 壓力更大，byte[1024]存 1024 字節，但代價也很明顯。因為它包含 65,535 個 object 引用 ，訪問時要處理跨段邊界 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號  。

手動管理內存很容易出錯，則可以盡量接近直接數組訪問的成本
。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、