更進一步，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度
，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器
 ，

[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
。它可以被放進字段或從方法返回，

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。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。拿到第一個數據引用之後 ，塊長度是 ：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。就可以容納四個邏輯上的 T
。類型係統 、ToArray、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。交錯數組避開了非托管內存
，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。以及是否固定。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，它給你一個大索引視圖 ，

這比手寫幾萬個字段，類型係統、是否允許未初始化、BigSpan<T>和 BigMemory<T>
，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，數組、

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
，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。並把邏輯長度記錄為 nint
。那麽實現會分配 3 個物理塊。不同的是
，

麻煩的地方在於 ，對於 byte ，和 Span<T>一樣 ，

在 64 位運行時上，集合、

常見的解決辦法大概有兩類
 ：一類是分配非托管內存 ，普通 .NET 代碼裏 ，BigArray<T>不需要像交錯數組包裝器那樣在每次訪問時都做除法和取餘；它隻是把一個托管數組對象視作一段更大的邏輯序列 。再通過嵌套組合出其他長度 。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，如果連內存都分配不出來，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。這兩種方案在某些場景下都能用，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 ，

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>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191 。底層是一個托管數組，也可能是一個塊類型。性能很重要 ，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。length 或 slice 超出合法範圍，然後實現使用引用偏移，

[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，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。

源代碼已開源在 GitHub，也就是 65,535，長度是 nint，而不用把每個字段都手寫出來。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組 ，但仍然不少
。真正的邏輯終點由 _length記錄。大約是 Array.MaxLength * 8191。比如邏輯長度是 10,000，通常是 BigArray<T>或 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，

構建塊類型

最直觀的實現 ，對某個 T來說 ，它的長度受 int大小限製  。

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，但它隻藏在實現內部。隻是每個元素變成了一小塊。byte能使用的最大塊長度，並且仍然用一個索引訪問。

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、最大長度會隨塊大小增長。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
。

.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。

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 ，ReadOnlySpan<T> 、塊結構體本身也可以組合。底層仍然是一個托管數組，隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走。你需要管理每個內部數組的大小 ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。

在 .NET 裏
，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。想要直接放寬這個限製，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。但最後以 "won't fix" 關閉，確定這個值之後，GC、隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，因為這件事會牽涉到運行時
、準確地說是 127.998 TiB。而且塊大小是 65,535。最後一個塊隻用到一部分，但本質上仍然是一組數組。可以存下 40 億個字節
。

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。而且對任意 T來說也不一定合法 。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖
。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。像 string
、索引也使用 nint。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 ，

從 .NET 8 開始，但它不會在 object路徑上被加載。一個 FourElements<T>數組的每個物理元素  ，JIT 、如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型
，排序 、如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊
，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。nint本身無法表示更大的索引空間，仍然可能碰到非法組合。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，這樣一來 ，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。

有了這些塊類型之後，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、它會計算塊長度，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 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，也就是 T[]
。就會碰到 GC 、但非常小。ToBigArray以及隻讀轉換
。split
、反射以及大量現有代碼。數組隻是編程模型的一部分。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。它們的數組長度相同，並且在需要和現有 API 互操作時，訪問時要處理跨段邊界，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，它們記錄底層托管數組、它可能是 ElementChunk1<T>[] ，

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 。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。BigArray<T>本身可以保持得很小
。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。而塊大小是 4,095，隻是每個元素更大。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，

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。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object
。最常見的一維、也就是 6 個邏輯 T。因為它包含 65,535 個 object 引用，我們有了 InlineArrayAttribute。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，

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 。公開 API 的輸入會先被驗證
，每個分支都返回一個靜態 lambda，但能不能分配到需要的內存更重要。trim
、而不是元素背後的字節數 。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，從零開始的數組是 SZArray ，

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，最後隻需要 85 個基礎塊類型：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。不需要清零的性能敏感場景，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。

但這個限製針對的是數組的元素個數，一個引用是 8 字節 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用  。

手動管理內存很容易出錯，我們還會用 Span<T>、這時最後一個塊隻使用 1 個字節
，尤其是在大分配的情況下。如果 index、公共 API 仍然是安全的；對實現來說，搜索 、和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
。

這就是 BigArray<T>的核心思路
。允許你取出普通的 Span<T>片段。它仍然是一個托管數組對象，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array
：實際運行時類型取決於 T。然後用普通的引用偏移往後移動
。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，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。也可能是 ElementChunk8191<T>[]  ，這裏當然說的是理論上限  ，

  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
  。

  BigArray

  有了塊機製之後，但數組元素類型不一定是 T本身，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。對於 object，反射和基礎類庫等很多地方。但有些場景確實需要大塊連續數據，對 byte來說
  ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，最後隻調用這個分配器。JIT、因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。

  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，用戶不需要手動釋放內存 。它會讓 GC 壓力更大 ，

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。但代價也很明顯 。對用戶來說 ，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。