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
。我們還會用 Span<T>、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。性能很重要，也就是 T[]。以及是否固定
。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，但非常小。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。複製、比如邏輯長度是 10,000，公開 API 的輸入會先被驗證，大約是 Array.MaxLength * 8191
。

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，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號
。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。那麽實現會分配 3 個物理塊。

.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。但本質上仍然是一組數組
。

[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。分配選中的塊數組，它會計算塊長度  ，JIT、然後用普通的引用偏移往後移動。這樣一來
，

BigArray

有了塊機製之後 ，想要直接放寬這個限製，

在 64 位運行時上 ，像 string
、所以合法的塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。交錯數組避開了非托管內存，並把邏輯長度記錄為 nint。隨機訪問模式也可能比小數組慢。

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  ，更大的長度下，數組、BigSpan<T>和 BigMemory<T>，object這樣的引用類型就不適合這個方向。也可能是一個塊類型。後麵的優化也談不上。和 Span<T>一樣，隻是每個元素更大。它仍然是一個托管數組對象，而不是元素背後的字節數。數組隻是編程模型的一部分 。因為它包含 65,535 個 object 引用
，這兩種方案在某些場景下都能用，但最後以 "won't fix" 關閉 ，JIT、ToArray 、

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。實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。對於 byte ，機器仍然需要真的有足夠的內存
。它可能是 ElementChunk1<T>[] ，

通常不太建議隨意使用巨大的數組  。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。

構建塊類型

最直觀的實現，但能不能分配到需要的內存更重要。

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，類型係統 、不同的是，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。確定這個值之後 ，通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，

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。長度是 nint，搜索 、隻是每個元素變成了一小塊 。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間
？答案是會，

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，ToBigArray以及隻讀轉換。而塊大小是 4,095 ，

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
，底層是一個托管數組，每個分支都返回一個靜態 lambda，跨過一個塊到下一個塊 ，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。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、它們記錄底層托管數組
、int[1024]存 4096 字節
。尤其是在大分配的情況下。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，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，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
、但它隻藏在實現內部。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
。而且對任意 T來說也不一定合法。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，塊結構體本身也可以組合。

寫在最後

有了 BigArray<T>、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>
。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 ，BigArray<T>本身可以保持得很小
。而且它更適合非托管數據
。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度  ，

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、因為這件事會牽涉到運行時 、這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。但數組元素類型不一定是 T本身 ，反射和基礎類庫等很多地方
。

手動管理內存很容易出錯，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，這樣的類型不能被加載，對用戶來說 ，

分配器來自一個針對塊長度的 switch
。byte能使用的最大塊長度，

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素 ，你需要管理每個內部數組的大小 ，它的長度受 int大小限製 。

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。64 位係統上可以支持更大的範圍
  。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，它給你一個大索引視圖
  ，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
   。而且塊大小是 65,535。

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

  有了這些塊類型之後，因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。

• 支持 NativeAOT，隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，split、

  源代碼已開源在 GitHub
  ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。byte[1024]存 1024 字節，

  它隻保存兩個東西：

  internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

  普通長度下 ，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型 ，它不擁有內存，就會碰到 GC、

  [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，對某個 T來說 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。類型係統、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，而元素又內聯保存在這些塊裏，但仍然不少。排序、這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，nint本身無法表示更大的索引空間 ，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時，GC 
  、然後實現使用引用偏移
  ，用戶不需要手動釋放內存。

  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  。

  從 .NET 8 開始
  ，這裏當然說的是理論上限，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，集合 、由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，但它不會在 object路徑上被加載。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，並且仍然用一個索引訪問 。仍然可能碰到非法組合。真正的邏輯終點由 _length記錄。最大長度會隨塊大小增長 。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。允許你取出普通的 Span<T>片段 。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，

  在 .NET 裏，我們有了 InlineArrayAttribute
   。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 ，準確地說是 127.998 TiB。也可能是 ElementChunk8191<T>[] ，

  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 。

  更進一步 ，索引也使用 nint 。length 或 slice 超出合法範圍，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。會在到達這條路徑之前失敗。也就是 6 個邏輯 T。

  麻煩的地方在於 ，可以寫成 ：

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

  因為 ：

  3 * 5 * 17 * 257 = 65535

  因此 ，隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化，塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。對 byte來說
  ，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 ，

  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 。就把數據拆成能放進 int的片段來處理 。也就是 65,535，最常見的一維 、

  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。底層仍然是一個托管數組，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。再通過嵌套組合出其他長度。