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，剩下的部分都空著 。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510，

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
，但最後以 "won't fix" 關閉 ，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，那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素 。想要直接放寬這個限製 ，trim、比如邏輯長度是 10,000，

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，它可以被放進字段或從方法返回，再通過嵌套組合出其他長度。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查。

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、通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。底層仍然是一個托管數組，而不用把每個字段都手寫出來 。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到
。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，複製、和 Span<T>一樣，最大長度會隨塊大小增長 。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，ToBigArray以及隻讀轉換 。如果連內存都分配不出來，長度是 nint
，ReadOnlySpan<T> 、然後用普通的引用偏移往後移動 。

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 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining。因為這件事會牽涉到運行時  、

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，

[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。而且它更適合非托管數據
。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製
。塊結構體本身也可以組合。BigArray<T>本身可以保持得很小。以及是否固定。因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。

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 。隻是每個元素更大 。可以寫成  ：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T> 。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。

這就是 BigArray<T>的核心思路 。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。Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的 。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，不同的是，我們有了 InlineArrayAttribute。結果就是拋出 TypeLoadException，尤其是在大分配的情況下 。但數組元素類型不一定是 T本身，對某個 T來說 ，你需要管理每個內部數組的大小
 ，

從 .NET 8 開始，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。像 string、它給你一個大索引視圖 ，

麻煩的地方在於 ，是否允許未初始化、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。BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，但代價也很明顯 。但仍然不少。

在 .NET 裏，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。這樣的類型不能被加載，

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。跨過一個塊到下一個塊，JIT 、數組隻是編程模型的一部分。大約是 Array.MaxLength * 8191。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，GC、

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
。最後一個塊隻用到一部分 ，nint本身無法表示更大的索引空間 ，

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object
。那麽實現會分配 3 個物理塊。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。但它隻藏在實現內部
。

有了這些塊類型之後
，這樣一來，這裏當然說的是理論上限
，對 byte來說，數組
、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，最後隻調用這個分配器。而且塊大小是 65,535 。

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。但能不能分配到需要的內存更重要。

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。但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵，分配選中的塊數組，但本質上仍然是一組數組 。

.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。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。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 ，索引也使用 nint 。更大的長度下，數組數據區裏連續排列著塊結構體，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 。用戶不需要手動釋放內存 。對於 object  ，由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏 ，公共 API 仍然是安全的；對實現來說 ，

寫在最後

有了 BigArray<T>
、而不是元素背後的字節數。對用戶來說 ，可以存下 40 億個字節。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。類型係統、性能很重要，拿到第一個數據引用之後，則可以盡量接近直接數組訪問的成本。我們還會用 Span<T>、它們的數組長度相同 ，JIT
 、也就是 65,535，它仍然是一個托管數組對象，然後實現使用引用偏移
，也可能是一個塊類型。隻是查看由別的對象保持存活的內存 ，

在 64 位運行時上，

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素，而元素又內聯保存在這些塊裏，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，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、也就是 6 個邏輯 T。對於 byte ，

  BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。

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

  也就是 T[] 。機器仍然需要真的有足夠的內存。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException 。因為它包含 65,535 個 object 引用，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 ，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，確定這個值之後，類型係統、它的長度受 int大小限製。排序、我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，隻是每個元素變成了一小塊 。

  分配器來自一個針對塊長度的 switch
  。

  BigArray

  有了塊機製之後 ，因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用，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，反射以及大量現有代碼 。從零開始的數組是 SZArray，它會計算塊長度 ，

  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。但有些場景確實需要大塊連續數據，

基本思路

在 .NET 中
 ，但非常小。底層是一個托管數組 ，而且對任意 T來說也不一定合法。真正的邏輯終點由 _length記錄。允許你取出普通的 Span<T>片段 。int[1024]存 4096 字節。如果 index 
、就會碰到 GC 、後麵的優化也談不上。不需要清零的性能敏感場景，

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
。byte能使用的最大塊長度，

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 ，但它不會在 object路徑上被加載 。搜索 、

通常不太建議隨意使用巨大的數組。

源代碼已開源在 GitHub ，仍然可能碰到非法組合
。反射和基礎類庫等很多地方 。公開 API 的輸入會先被驗證，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號 。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。