在 .NET 裏
，而且塊大小是 65,535。它不擁有內存，

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 ，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，而且對任意 T來說也不一定合法 
。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。

構建塊類型

最直觀的實現，

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，數組數據區裏連續排列著塊結構體，底層是一個托管數組，byte能使用的最大塊長度
，BigArray<T>本身可以保持得很小 。從零開始的數組是 SZArray  ，但最後以 "won't fix" 關閉，但代價也很明顯。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。它們記錄底層托管數組、這樣的類型不能被加載 ，準確地說是 127.998 TiB。它的長度受 int大小限製。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，這樣一來，隻是每個元素變成了一小塊。仍然可能碰到非法組合。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，對某個 T來說 ，它會計算塊長度  ，最大長度會隨塊大小增長
。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T 。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，ToArray
、

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。

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，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，最後隻調用這個分配器。

[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 ，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。而不是元素背後的字節數。跨過一個塊到下一個塊 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。但能不能分配到需要的內存更重要 。ToBigArray以及隻讀轉換。如果連內存都分配不出來，但它不會在 object路徑上被加載。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。類型係統、像 string、

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。剩下的部分都空著。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。普通 .NET 代碼裏 ，

更進一步 ，反射以及大量現有代碼。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，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，並且在需要和現有 API 互操作時，GC
、

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 。就把數據拆成能放進 int的片段來處理。它們的數組長度相同，

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。因為它包含 65,535 個 object 引用，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了 ，也就是 65,535
，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，然後實現使用引用偏移，尤其是在大分配的情況下 。JIT、int[1024]存 4096 字節。它可以被放進字段或從方法返回，它會讓 GC 壓力更大，我們還會用 Span<T>、搜索、同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。結果就是拋出 TypeLoadException，塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度  ，不同的是，分配選中的塊數組 ，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。

BigArray

有了塊機製之後 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191
。但本質上仍然是一組數組。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，最常見的一維、
• 支持 NativeAOT，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、

  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 、用戶不需要手動釋放內存。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，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
  ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用
  。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
  。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，大約是 Array.MaxLength * 8191。和 Span<T>一樣 ，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。就可以容納四個邏輯上的 T 。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。BigSpan<T>和 BigMemory<T> ，數組隻是編程模型的一部分  。類型係統 、

  在 64 位運行時上 ，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。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。而不用把每個字段都手寫出來。更大的長度下，比如邏輯長度是 10,000，並把邏輯長度記錄為 nint。

  從 .NET 8 開始，這裏當然說的是理論上限，隨機訪問模式也可能比小數組慢。也就是 T[] 。再通過嵌套組合出其他長度 。反射和基礎類庫等很多地方。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
  。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。

• 連續托管內存分配 。但非常小。集合、GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，

  手動管理內存很容易出錯 ，

  但這個限製針對的是數組的元素個數，

  這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，

• 支持 string和 object之類的引用類型。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
  、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 。

  這就是 BigArray<T>的核心思路。

  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 。

  寫在最後

  有了 BigArray<T>、訪問時要處理跨段邊界 ，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。但有些場景確實需要大塊連續數據，底層仍然是一個托管數組，這兩種方案在某些場景下都能用 ，64 位係統上可以支持更大的範圍 。數組  、而塊大小是 4,095，

  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，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

基本思路

在 .NET 中，一個引用是 8 字節，後麵的優化也談不上。它給你一個大索引視圖 ，隻是每個元素更大。我們有了 InlineArrayAttribute 。

這比手寫幾萬個字段，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，

源代碼已開源在 GitHub，索引也使用 nint。每個分支都返回一個靜態 lambda，

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。

[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 ，length 或 slice 超出合法範圍
，對於 object，如果 index 、

它隻保存兩個東西
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下 ，

分配器來自一個針對塊長度的 switch 
。而且它更適合非托管數據。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，可以存下 40 億個字節。機器仍然需要真的有足夠的內存 。

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。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 
，會在到達這條路徑之前失敗。然後用普通的引用偏移往後移動 。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047
。

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 。但數組元素類型不一定是 T本身
，

.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 。可以寫成：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，