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 、由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，构建最大長度會隨塊大小增長
。托管底層仍然是上数组一個托管數組，跨過一個塊到下一個塊，构建

在 .NET 裏 ，托管類型係統  、上数组對於 object，构建交錯數組避開了非托管內存 ，托管但非常小 。上数组底層是构建一個托管數組 ，即使真正想分配的托管是另一個塊形狀 ：

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 。它可能是上数组 ElementChunk1<T>[]，尤其是构建在大分配的情況下。普通 .NET 代碼裏，托管反射以及大量現有代碼。它的長度受 int大小限製 。int[1024]存 4096 字節。排序、但本質上仍然是一組數組。像 string、

在 64 位運行時上，分配選中的塊數組，結果就是拋出 TypeLoadException，

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。它不擁有內存，想要直接放寬這個限製，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。如果 index
 、ToArray、這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，

這比手寫幾萬個字段 ，它可以被放進字段或從方法返回 ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。但最後以 "won't fix" 關閉 ，

[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 ，訪問時要處理跨段邊界，它會計算塊長度，

手動管理內存很容易出錯，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。然後實現使用引用偏移 ，如果連內存都分配不出來，

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 、數組隻是編程模型的一部分。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 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，

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
。隨機訪問模式也可能比小數組慢 。以及是否固定
。每個分支都返回一個靜態 lambda，而且它更適合非托管數據  。允許你取出普通的 Span<T>片段 。那麽實現會分配 3 個物理塊 。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，

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，而且對任意 T來說也不一定合法。機器仍然需要真的有足夠的內存。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。也就是 6 個邏輯 T。

從 .NET 8 開始，而不是元素背後的字節數 。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。它仍然是一個托管數組對象，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，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，這兩種方案在某些場景下都能用  ，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，但數組元素類型不一定是 T本身，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，比如邏輯長度是 10,000，它會讓 GC 壓力更大 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，ReadOnlySpan<T>、

  [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。ToBigArray以及隻讀轉換 。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，

  這也是為什麽 _storage的類型是 Array ：實際運行時類型取決於 T 。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。剩下的部分都空著 。byte能使用的最大塊長度，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度 ，仍然可能碰到非法組合。數組數據區裏連續排列著塊結構體，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。所以合法的塊長度是 8,191：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，並把邏輯長度記錄為 nint。數組、再通過嵌套組合出其他長度 。就可以容納四個邏輯上的 T。塊結構體本身也可以組合 。後麵的優化也談不上 。而元素又內聯保存在這些塊裏 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。

  有了這些塊類型之後，BigArray<T>本身可以保持得很小。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，因此不能依賴運行時代碼生成或反射。可以存下 40 億個字節。

  BigArray

  有了塊機製之後，但仍然不少。

  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 。對某個 T來說，

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製 ，它給你一個大索引視圖，但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，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，不同的是，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。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 。搜索
  、對於 byte，對 byte來說 ，

  分配器來自一個針對塊長度的 switch  。不需要清零的性能敏感場景 ，最後隻調用這個分配器 。就會碰到 GC 、準確地說是 127.998 TiB。性能很重要，塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見
  。但能不能分配到需要的內存更重要。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，trim、而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。最常見的一維、但代價也很明顯 。length 或 slice 超出合法範圍，也就是 T[]
  。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，

  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，

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，和 Span<T>一樣，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。隻是每個元素變成了一小塊。

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T> 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，類型係統、會在到達這條路徑之前失敗 。

基本思路

在 .NET 中，JIT、

[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 ，並且仍然用一個索引訪問  。公開 API 的輸入會先被驗證
，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。從零開始的數組是 SZArray ，反射和基礎類庫等很多地方。則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。

麻煩的地方在於 ，

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 。是否允許未初始化 、確定這個值之後，用戶不需要手動釋放內存。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，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，這裏當然說的是理論上限 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

但這個限製針對的是數組的元素個數，我們還會用 Span<T>、因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組  ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。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、或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。

源代碼已開源在 GitHub，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，也可能是一個塊類型。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，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，JIT 、分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。拿到第一個數據引用之後 ，

這就是 BigArray<T>的核心思路  。而塊大小是 4,095，也就是 65,535，大約是 Array.MaxLength * 8191。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
。nint本身無法表示更大的索引空間，而且塊大小是 65,535
。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。

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。我們有了 InlineArrayAttribute 。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。

它隻保存兩個東西 
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，

構建塊類型

最直觀的實現，

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

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(),    };}