這裏有一個重要的托管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。作為數組元素的上数组值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節
。分配時隻需要計算請求的构建邏輯長度需要多少個物理塊
。ToArray
、托管

構建塊類型

最直觀的實現，對某個 T來說 ，類型係統、機器仍然需要真的有足夠的內存。那麽實現會分配 3 個物理塊。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵
，這樣的類型不能被加載 ，它的長度受 int大小限製。byte[1024]存 1024 字節，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。BigArray<T>本身可以保持得很小。ReadOnlySpan<T>
、JIT 、從零開始的數組是 SZArray
，

65535 / 8 = 8191

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];}

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

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(),    };}

[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; }

public static nint MaxLength =>    nint.Size == 4 ? Array.MaxLength : GetChunkLength() * (nint)Array.MaxLength;

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);

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

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

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;}

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

基本思路

在 .NET 中 ，

它隻保存兩個東西
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

從 .NET 8 開始，反射和基礎類庫等很多地方
。byte能使用的最大塊長度
，

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，

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。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。

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 。但仍然不少。就可以容納四個邏輯上的 T 。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，塊結構體本身也可以組合 。但它不會在 object路徑上被加載 。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 。如果 index、

在 64 位運行時上，數組隻是編程模型的一部分。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了  ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，

寫在最後

有了 BigArray<T>、

[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 ，因為它包含 65,535 個 object 引用
，就會碰到 GC、它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，你需要管理每個內部數組的大小 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。會在到達這條路徑之前失敗。但數組元素類型不一定是 T本身，尤其是在大分配的情況下。隻是每個元素變成了一小塊。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>
。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型
。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，索引也使用 nint 。但代價也很明顯。它們記錄底層托管數組
  、

  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 、因此不能依賴運行時代碼生成或反射。也就是 T[]。隻是查看由別的對象保持存活的內存，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、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

  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、仍然可能碰到非法組合。用戶不需要手動釋放內存。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 ，

  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。它可能是 ElementChunk1<T>[] ，object這樣的引用類型就不適合這個方向。公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，一個引用是 8 字節，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。最大長度會隨塊大小增長。對用戶來說，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，更大的長度下，

• 支持 NativeAOT，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。不需要清零的性能敏感場景，

  這就是 BigArray<T>的核心思路。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

  BigArray

  有了塊機製之後 ，

  更進一步，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。而元素又內聯保存在這些塊裏，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，

  有了這些塊類型之後  ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。這兩種方案在某些場景下都能用，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。以及是否固定 。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組 。

  [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 ，普通 .NET 代碼裏 ，它會計算塊長度，然後用普通的引用偏移往後移動。比如邏輯長度是 10,000  ，底層仍然是一個托管數組，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，但非常小。和 Span<T>一樣，公開 API 的輸入會先被驗證，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，想要直接放寬這個限製，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>
   。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。

  [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
  。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。

  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。跨過一個塊到下一個塊
  ，複製、再通過嵌套組合出其他長度
  。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。