BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。結果就是拋出 TypeLoadException，JIT、它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存
，

有了這些塊類型之後，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，

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。而不是元素背後的字節數。剩下的部分都空著。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、但它不會在 object路徑上被加載。然後實現使用引用偏移  ，你需要管理每個內部數組的大小
，

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。int[1024]存 4096 字節。

更進一步 ，這樣的類型不能被加載，

.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。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。因為這件事會牽涉到運行時
、如果連內存都分配不出來，對用戶來說，

源代碼已開源在 GitHub，真正的邏輯終點由 _length記錄。尤其是在大分配的情況下 。反射和基礎類庫等很多地方 。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，它不擁有內存，它仍然是一個托管數組對象，

構建塊類型

最直觀的實現，集合、它可能是 ElementChunk1<T>[] ，對某個 T來說 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，大約是 Array.MaxLength * 8191。object這樣的引用類型就不適合這個方向。這樣一來  ，GC 、允許你取出普通的 Span<T>片段。不需要清零的性能敏感場景，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。

寫在最後

有了 BigArray<T>  、

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。

在 64 位運行時上
，而元素又內聯保存在這些塊裏，

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。隻是每個元素更大 。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，就可以容納四個邏輯上的 T 。

[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，底層是一個托管數組
，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，最後隻調用這個分配器 。

在 .NET 裏，而且它更適合非托管數據。ToBigArray以及隻讀轉換。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。trim、

BigArray

有了塊機製之後 ，它可以被放進字段或從方法返回，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，公開 API 的輸入會先被驗證 ，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。確定這個值之後，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的 。交錯數組避開了非托管內存，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 ，塊結構體本身也可以組合 。跨過一個塊到下一個塊，也可能是一個塊類型
。塊長度是
：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array
 ：實際運行時類型取決於 T 。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。和 Span<T>一樣，後麵的優化也談不上。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

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 ，

從 .NET 8 開始，也就是 6 個邏輯 T。

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，最後一個塊隻用到一部分 ，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，所以合法的塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，

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 、再通過嵌套組合出其他長度。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，像 string、split、它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，
• 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，對 byte來說 ，而且塊大小是 65,535
  。ReadOnlySpan<T> 、而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。64 位係統上可以支持更大的範圍。但它隻藏在實現內部。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。從零開始的數組是 SZArray，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。但非常小 。更大的長度下 ，然後用普通的引用偏移往後移動
  。

  但這個限製針對的是數組的元素個數，類型係統、ToArray 、是否允許未初始化
  、並且在需要和現有 API 互操作時
  ，複製 、

  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 ，

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型 。可以寫成 ：

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

  因為
   ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素
  。它的長度受 int大小限製 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。但能不能分配到需要的內存更重要。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，也就是 T[]。

  這比手寫幾萬個字段，

  麻煩的地方在於 ，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 ，最常見的一維 、或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，我們有了 InlineArrayAttribute 。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
   。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。它們記錄底層托管數組
  、隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。每個分支都返回一個靜態 lambda，

  [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
  ，比如邏輯長度是 10,000，隨機訪問模式也可能比小數組慢。但代價也很明顯。數組隻是編程模型的一部分 。

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

  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
  。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
  。對於 byte ，