從 .NET 8 開始，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，再通過嵌套組合出其他長度。從零開始的數組是 SZArray，

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 。

在 .NET 裏  ，也就是 65,535
，

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，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，機器仍然需要真的有足夠的內存 。則可以盡量接近直接數組訪問的成本。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，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、那麽實現會分配 3 個物理塊。數組隻是編程模型的一部分 。反射以及大量現有代碼。隻是每個元素變成了一小塊。也就是 T[]。JIT、而且它更適合非托管數據
。索引也使用 nint。64 位係統上可以支持更大的範圍。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。而不是元素背後的字節數 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。

在 64 位運行時上 ，因為這件事會牽涉到運行時、BigSpan<T>和 BigMemory<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 ，反射和基礎類庫等很多地方。

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 ，

源代碼已開源在 GitHub，想要直接放寬這個限製，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
，這兩種方案在某些場景下都能用 ，這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。你需要管理每個內部數組的大小
，

BigArray

有了塊機製之後，ToArray 、BigArray<T>本身可以保持得很小。交錯數組避開了非托管內存
，性能很重要，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T
。

這比手寫幾萬個字段，對於 byte，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。更大的長度下 ，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。它可能是 ElementChunk1<T>[]，允許你取出普通的 Span<T>片段。類型係統、仍然可能碰到非法組合
。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。

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 。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。然後用普通的引用偏移往後移動
。

.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。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
，但最後以 "won't fix" 關閉，可以存下 40 億個字節。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，最後一個塊隻用到一部分，但仍然不少。後麵的優化也談不上 。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。並把邏輯長度記錄為 nint。並且在需要和現有 API 互操作時，

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。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API
，會在到達這條路徑之前失敗。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，但有些場景確實需要大塊連續數據，並且仍然用一個索引訪問 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。類型係統 、

分配器來自一個針對塊長度的 switch。

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。用戶不需要手動釋放內存。和 Span<T>一樣，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，

[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，int[1024]存 4096 字節。對某個 T來說，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同 。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，但本質上仍然是一組數組。對於 object
 ，但數組元素類型不一定是 T本身
，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說 ，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組
，

這就是 BigArray<T>的核心思路。最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>
 。也可能是一個塊類型。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，普通 .NET 代碼裏，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段
，我們還會用 Span<T>、如果連內存都分配不出來，而且對任意 T來說也不一定合法。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 。確定這個值之後 ，集合 、

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，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。底層是一個托管數組，結果就是拋出 TypeLoadException，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，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，排序、

通常不太建議隨意使用巨大的數組。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。長度是 nint，

手動管理內存很容易出錯，

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，真正的邏輯終點由 _length記錄。trim、這裏當然說的是理論上限，nint本身無法表示更大的索引空間 ，它仍然是一個托管數組對象，所以合法的塊長度是 8,191 ：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。

  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。這樣的類型不能被加載，可以寫成
   ：

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

  因為 ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，也就是 6 個邏輯 T。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、對用戶來說，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，數組 、它可以被放進字段或從方法返回 ，最常見的一維、length 或 slice 超出合法範圍，塊長度是 ：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，

  但這個限製針對的是數組的元素個數，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。它們記錄底層托管數組、JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，它給你一個大索引視圖，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。而且塊大小是 65,535。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，它會讓 GC 壓力更大，每個分支都返回一個靜態 lambda ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，

  [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
  。

  麻煩的地方在於 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。