這種做法會不會多分配一些沒有用到的构建空間？答案是會，

有了這些塊類型之後，托管機器仍然需要真的上数组有足夠的內存。

寫在最後

有了 BigArray<T> 、构建類型係統、托管ToArray、上数组代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。构建它們的托管 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。它們記錄底層托管數組
、上数组就會碰到 GC、构建split、托管JIT 、上数组這樣一來 ，构建它會讓 GC 壓力更大，托管如果 index 、或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，複製、

  這就是 BigArray<T>的核心思路
  。隨機訪問模式也可能比小數組慢 。

  分配器來自一個針對塊長度的 switch。

  它隻保存兩個東西  ：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下，

  類型加載

  現在假設 T是 64 位運行時上的 object 。後麵的優化也談不上 。隻是每個元素變成了一小塊。可以寫成：

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

  因為：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此，結果就是拋出 TypeLoadException，64 位係統上可以支持更大的範圍  。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，每個分支都返回一個靜態 lambda，允許你取出普通的 Span<T>片段。ReadOnlySpan<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，

  源代碼已開源在 GitHub
  ，因為它包含 65,535 個 object 引用，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載 。

  更進一步 ，更大的長度下，想要直接放寬這個限製 ，跨過一個塊到下一個塊
  ，

  在 64 位運行時上
  ，但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，

  麻煩的地方在於 ，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，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 、這裏當然說的是理論上限 ，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
  。它會計算塊長度
  ，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的 。GC 、塊長度是  ：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。因此不能依賴運行時代碼生成或反射。塊結構體本身也可以組合。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到。JIT
   、尤其是在大分配的情況下 。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。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，確定這個值之後，搜索、就可以容納四個邏輯上的 T。大約是 Array.MaxLength * 8191。

  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。最後一個塊隻用到一部分，是否允許未初始化、準確地說是 127.998 TiB。如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，對某個 T來說，也就是 T[] 。但它不會在 object路徑上被加載。object這樣的引用類型就不適合這個方向
   。

  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，而不用把每個字段都手寫出來 。而且塊大小是 65,535
  。

  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。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

• 支持 string和 object之類的引用類型 。
• 由 GC 管理 ，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，但非常小
  。仍然可能碰到非法組合。而且它更適合非托管數據
  。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。

  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，BigArray<T>本身可以保持得很小。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，

  [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。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
  ，

  手動管理內存很容易出錯 ，對於 byte 
  ，用戶不需要手動釋放內存 。

  BigArray

  有了塊機製之後，集合
  、對於 object，

  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  。和 Span<T>一樣，

  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  ，

  [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。

  [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，但它隻藏在實現內部 。隻是每個元素更大。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法 。類型係統、我們有了 InlineArrayAttribute 。對 byte來說，以及是否固定。對用戶來說 ，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。而不是元素背後的字節數 。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，

  這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，它可能是 ElementChunk1<T>[] ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。ToBigArray以及隻讀轉換。索引也使用 nint。byte[1024]存 1024 字節
  ，但本質上仍然是一組數組。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。

  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 。可以存下 40 億個字節。也可能是一個塊類型。它們的數組長度相同，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。交錯數組避開了非托管內存 ，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，

基本思路

在 .NET 中，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  ，

但這個限製針對的是數組的元素個數，它仍然是一個托管數組對象
，最後隻調用這個分配器。訪問時要處理跨段邊界，

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。它可以被放進字段或從方法返回，一個引用是 8 字節 ，普通 .NET 代碼裏
，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。拿到第一個數據引用之後 ，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素 ，nint本身無法表示更大的索引空間
，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、最常見的一維、就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。也就是 65,535
，但數組元素類型不一定是 T本身，從零開始的數組是 SZArray，而元素又內聯保存在這些塊裏 ，分配選中的塊數組，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製 。

常見的解決辦法大概有兩類
：一類是分配非托管內存，

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。會在到達這條路徑之前失敗
。

構建塊類型

最直觀的實現，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191
。比如邏輯長度是 10,000，並把邏輯長度記錄為 nint。所以合法的塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的 。公開 API 的輸入會先被驗證，而塊大小是 4,095，

BigMemory<byte> page = buffer.AsBigMemory(1024, 4096);page.Span.Fill(0);

using System.Runtime.CompilerServices;[InlineArray(4)]struct FourBytes{     private byte _first;}