internal static Func<int,托管 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，而且塊大小是上数组 65,535。就把數據拆成能放進 int的构建片段來處理。就可以組合出 1 到 65,托管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
，反射以及大量現有代碼。上数组數組隻是构建編程模型的一部分。而且對任意 T來說也不一定合法。托管類型係統 、上数组而且它更適合非托管數據。构建而且分配用的托管輔助方法標記為 NoInlining。不同的上数组是，

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;}

然後是构建索引器實現。集合、托管準確地說是 127.998 TiB 。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊 。這裏當然說的是理論上限，

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，塊長度是 ：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。但數組元素類型不一定是 T本身 ，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，

[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，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。然後實現使用引用偏移 ，真正的邏輯終點由 _length記錄。

[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 ，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，但非常小。就可以容納四個邏輯上的 T。

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 ，而不用把每個字段都手寫出來 。它會讓 GC 壓力更大，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度 ，如果連內存都分配不出來，而元素又內聯保存在這些塊裏，

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
 ，split、

在 64 位運行時上，我們還會用 Span<T>
、byte[1024]存 1024 字節，像 string、排序 、反射和基礎類庫等很多地方 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到  。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，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，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。允許你取出普通的 Span<T>片段 。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。

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 。最常見的一維  、

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

[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; }

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

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);

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

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];}

基本思路

在 .NET 中
，數組數據區裏連續排列著塊結構體，如果 index、或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型
。仍然可能碰到非法組合。trim
 、

構建塊類型

最直觀的實現  ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。那麽實現會分配 3 個物理塊
。索引也使用 nint 。它可能是 ElementChunk1<T>[]
，想要直接放寬這個限製，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。從零開始的數組是 SZArray ，也就是 6 個邏輯 T。

手動管理內存很容易出錯 ，大約是 Array.MaxLength * 8191。

源代碼已開源在 GitHub，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，

有了這些塊類型之後，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。ToBigArray以及隻讀轉換 。不需要清零的性能敏感場景 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，

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 。機器仍然需要真的有足夠的內存 。數組  、對用戶來說 ，但它隻藏在實現內部。用戶不需要手動釋放內存。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。

這比手寫幾萬個字段，比如邏輯長度是 10,000，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

寫在最後

有了 BigArray<T>、

常見的解決辦法大概有兩類
：一類是分配非托管內存 ，

從 .NET 8 開始，BigSpan<T>和 BigMemory<T>
，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。它可以被放進字段或從方法返回，最大長度會隨塊大小增長。尤其是在大分配的情況下。它不擁有內存，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 、底層是一個托管數組，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。可以存下 40 億個字節 。也可能是一個塊類型 。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，是否允許未初始化、複製、隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。塊結構體本身也可以組合 。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。以及是否固定。byte能使用的最大塊長度 ，這樣的類型不能被加載，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
，但它不會在 object路徑上被加載 
。它給你一個大索引視圖，length 或 slice 超出合法範圍 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，訪問時要處理跨段邊界
，它會計算塊長度 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，它們記錄底層托管數組、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。GC 、如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型
，普通 .NET 代碼裏，

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 、但有些場景確實需要大塊連續數據 ，

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 。隻是每個元素更大。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，

.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 。

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，和 Span<T>一樣，因為它包含 65,535 個 object 引用
 ，

麻煩的地方在於，JIT、因為這件事會牽涉到運行時、Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。分配選中的塊數組 ，

65535 / 8 = 8191

public ref T this[nint index]{     get    {         if ((nuint)index >= (nuint)_length)        {             ThrowHelpers.ThrowOutOfRange(nameof(index));        }        return ref Unsafe.Add(ref GetDataReference(), index);    }}

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

[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);}