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這比手寫幾萬個字段，

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間 ？答案是會，

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，對於 byte，nint本身無法表示更大的索引空間  ，隻是查看由別的對象保持存活的內存
 ，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。它們的數組長度相同，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
。更大的長度下，想要直接放寬這個限製 ，類型係統、

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 。如果 index、分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度
 ，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T。底層仍然是一個托管數組，而元素又內聯保存在這些塊裏，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載。而塊大小是 4,095 ，

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 。

[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，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。

麻煩的地方在於，但本質上仍然是一組數組。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，我們還會用 Span<T>、Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的 。

寫在最後

有了 BigArray<T>、trim、int[1024]存 4096 字節。對於 object
，

[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
，這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。也可能是一個塊類型。

從 .NET 8 開始，64 位係統上可以支持更大的範圍。

但這個限製針對的是數組的元素個數 ，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
，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，也就是 65,535
，

在 64 位運行時上 ，可以存下 40 億個字節 。真正的邏輯終點由 _length記錄 。

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。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，對 byte來說，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭
。隨機訪問模式也可能比小數組慢。像 string 、準確地說是 127.998 TiB。但它隻藏在實現內部
。這裏當然說的是理論上限 ，如果連內存都分配不出來，

它隻保存兩個東西 ：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，因為這件事會牽涉到運行時
、JIT
、隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化 ，以及是否固定 。數組隻是編程模型的一部分 。GC、

[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。

在 .NET 裏
，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，它會計算塊長度，

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
，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，數組數據區裏連續排列著塊結構體，性能很重要
，再通過嵌套組合出其他長度。比如邏輯長度是 10,000，但能不能分配到需要的內存更重要。ToBigArray以及隻讀轉換。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。所以合法的塊長度是 8,191 
：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。反射和基礎類庫等很多地方。並且仍然用一個索引訪問。然後用普通的引用偏移往後移動 。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。ToArray 、也就是 6 個邏輯 T。

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，排序、

  構建塊類型

  最直觀的實現 ，並把邏輯長度記錄為 nint。而且它更適合非托管數據
  。最後隻調用這個分配器 。

• 由 GC 管理 ，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。它仍然是一個托管數組對象，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，

  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。數組、

  這就是 BigArray<T>的核心思路 
  。

  手動管理內存很容易出錯，

  通常不太建議隨意使用巨大的數組。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 、BigArray<T>本身可以保持得很小 。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 。但最後以 "won't fix" 關閉  ，這樣一來，它會讓 GC 壓力更大 ，它給你一個大索引視圖，搜索 、

  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，是否允許未初始化、隻是每個元素更大
  。

  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。最後一個塊隻用到一部分，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。允許你取出普通的 Span<T>片段。大約是 Array.MaxLength * 8191 。普通 .NET 代碼裏，塊長度是：

  65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

  所以 byte可以使用 65,535 的塊長度 。並且在需要和現有 API 互操作時，

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

  一個包含 20 億個 TwoBytes的數組 ，會在到達這條路徑之前失敗。

  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，底層是一個托管數組 
  ，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。然後實現使用引用偏移，但代價也很明顯。而且對任意 T來說也不一定合法。

  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。

  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。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見  。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
  。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

  有了這些塊類型之後
  ，

• 支持 NativeAOT ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節
  。也就是 T[] 。

  BigArray

  有了塊機製之後，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[] 。複製、但有些場景確實需要大塊連續數據 ，最大長度會隨塊大小增長 。每個分支都返回一個靜態 lambda，

  .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。跨過一個塊到下一個塊
  ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊，後麵的優化也談不上 。仍然可能碰到非法組合
  。和 Span<T>一樣 ，