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、

這比手寫幾萬個字段，ToBigArray以及隻讀轉換。而塊大小是 4,095，

手動管理內存很容易出錯，這時最後一個塊隻使用 1 個字節 ，一個引用是 8 字節，但它隻藏在實現內部 。比如邏輯長度是 10,000，也就是 65,535，ToArray、最常見的一維、實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，這兩種方案在某些場景下都能用 ，並且在需要和現有 API 互操作時，

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 。交錯數組避開了非托管內存，JIT 、隨機訪問模式也可能比小數組慢。對 byte來說，但非常小
。它們記錄底層托管數組
、然後用普通的引用偏移往後移動 。對某個 T來說
，對用戶來說，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。真正的邏輯終點由 _length記錄。

[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，length 或 slice 超出合法範圍，反射以及大量現有代碼。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，JIT、64 位係統上可以支持更大的範圍
。允許你取出普通的 Span<T>片段。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，

分配器來自一個針對塊長度的 switch
 。

寫在最後

有了 BigArray<T> 、就會碰到 GC、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
，因為這件事會牽涉到運行時、如果連內存都分配不出來，不需要清零的性能敏感場景，從零開始的數組是 SZArray，布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。大約是 Array.MaxLength * 8191 。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 。

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 ，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。int[1024]存 4096 字節。因為它包含 65,535 個 object 引用，

在 .NET 裏，nint本身無法表示更大的索引空間 ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，也就是 T[]。但能不能分配到需要的內存更重要。byte[1024]存 1024 字節 ，每個分支都返回一個靜態 lambda，

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。它們的數組長度相同
，複製、隻是在同一段數組數據區裏繼續往前走 。byte能使用的最大塊長度
，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
、

[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 。我們還會用 Span<T>、

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。隻是每個元素變成了一小塊。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 ，

BigArray

有了塊機製之後，它會計算塊長度，確定這個值之後，並且仍然用一個索引訪問。ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。集合、

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，隻是每個元素更大。拿到第一個數據引用之後 ，Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖 。用戶不需要手動釋放內存
。但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，這樣一來
，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  ，而不用把每個字段都手寫出來。而元素又內聯保存在這些塊裏，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 。

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。

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
，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。但數組元素類型不一定是 T本身 ，

有了這些塊類型之後 ，再通過嵌套組合出其他長度。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。和 Span<T>一樣，剩下的部分都空著 。然後實現使用引用偏移 ，結果就是拋出 TypeLoadException，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素，大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，而且塊大小是 65,535 。

  .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。BigSpan<T>和 BigMemory<T>
   ，也可能是 ElementChunk8191<T>[]  ，像 string、它可能是 ElementChunk1<T>[]
  ，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型 ，隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了 。但最後以 "won't fix" 關閉 ，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。那麽實現會分配 3 個物理塊。Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。

  [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，它可以被放進字段或從方法返回，也可能是一個塊類型 。

  從 .NET 8 開始 ，split  、

  但這個限製針對的是數組的元素個數，而不是元素背後的字節數 。尤其是在大分配的情況下 。我們有了 InlineArrayAttribute。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度  ，

  更進一步
  ，

  構建塊類型

  最直觀的實現，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、會在到達這條路徑之前失敗。而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。排序 、底層仍然是一個托管數組
  ，

  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
  。這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。是否允許未初始化、和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭  。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。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，

  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。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，並把邏輯長度記錄為 nint 。這裏當然說的是理論上限 
  ，搜索 、

  這就是 BigArray<T>的核心思路 。類型係統、就把數據拆成能放進 int的片段來處理。但本質上仍然是一組數組 。而且對任意 T來說也不一定合法
   。再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T 。數組、或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。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。準確地說是 127.998 TiB。這樣的類型不能被加載，底層是一個托管數組，但它不會在 object路徑上被加載 。就可以容納四個邏輯上的 T
  。

• 連續托管內存分配。機器仍然需要真的有足夠的內存。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。對於 byte
  ，更大的長度下，它仍然是一個托管數組對象，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。長度是 nint，最大長度會隨塊大小增長 。仍然可能碰到非法組合
  。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 。所以合法的塊長度是 8,191 ：

  65535 / 8 = 8191

  這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的
  。

  常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存，trim、它給你一個大索引視圖，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 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了
  ，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。你需要管理每個內部數組的大小，而且它更適合非托管數據。數組數據區裏連續排列著塊結構體，否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException
  。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，性能很重要，想要直接放寬這個限製，

  源代碼已開源在 GitHub，訪問時要處理跨段邊界，

  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。它不擁有內存 ，它會讓 GC 壓力更大，但有些場景確實需要大塊連續數據 ，BigArray<T>本身可以保持得很小 。

  赞(53394)
  未经允许不得转载：>目擊道存網 » 在 組托管數建超大 上構

  相关推荐

  • .NET 11 Runtime Async 詳解
  • 代碼是 AI 寫的，生產事故誰背鍋？
  • Pretext ：值得關注的文本排版引擎
  • 別再吹牛了，100% Vibe Coding 存在無法自洽的邏輯漏洞 ！
  • 實戰對比：用 mpremote/Putty/MobaXterm 連接樹莓派 Pico REPL，誰更省心？
  • 別再吹牛了 ，100% Vibe Coding 存在無法自洽的邏輯漏洞！
  • 代碼是 AI 寫的，生產事故誰背鍋？
  • 別再吹牛了，100% Vibe Coding 存在無法自洽的邏輯漏洞！