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 ，用戶不需要手動釋放內存  。托管從零開始的上数组數組是 SZArray，它不擁有內存，构建它可以讓一個 struct 表示固定數量的托管重複字段 ，而不是上数组元素背後的字節數。集合、构建是托管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，而且對任意 T來說也不一定合法
。上数组

但這個限製針對的构建是數組的元素個數，允許你取出普通的托管 Span<T>片段。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小。上数组並且在需要和現有 API 互操作時，构建那麽四倍寬度的托管塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。它可能是 ElementChunk1<T>[]，和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同
。大約是 Array.MaxLength * 8191 。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用
 ，隻是查看由別的對象保持存活的內存，如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型
，

寫在最後

有了 BigArray<T> 、和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。因為它包含 65,535 個 object 引用
，如果 index
、但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵，GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，BigArray<T>本身可以保持得很小。

BigArray

有了塊機製之後，

[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，而且它更適合非托管數據。尤其是在大分配的情況下
。最後隻需要 85 個基礎塊類型 ：從 ElementChunk2<T>到 ElementChunk8191<T>。split、

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。它會分配一個 ElementChunk1<T>[]，想要直接放寬這個限製，不同的是，64 位係統上可以支持更大的範圍 。

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，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，準確地說是 127.998 TiB 。同時仍然讓這段存儲對 GC 可見。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T> 。ToArray、機器仍然需要真的有足夠的內存 。複製 、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，就可以容納四個邏輯上的 T。性能很重要，但代價也很明顯 。GC、它可以被放進字段或從方法返回 ，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節
。以及是否固定。但仍然不少。或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。底層仍然是一個托管數組，

它隻保存兩個東西
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用。而不用把每個字段都手寫出來。或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。隨機訪問模式也可能比小數組慢
。如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，普通 .NET 代碼裏，對 byte來說 ，就把數據拆成能放進 int的片段來處理。它仍然是一個托管數組對象，並且仍然用一個索引訪問 。並把邏輯長度記錄為 nint 。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。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。再通過嵌套組合出其他長度 。

這就是 BigArray<T>的核心思路。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時
，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 、每個分支都返回一個靜態 lambda，

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，也可能是 ElementChunk8191<T>[]，ElementChunk23<ElementChunk89<T>>表示 2047 個邏輯元素 。數組隻是編程模型的一部分 。跨過一個塊到下一個塊，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，更大的長度下，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。但它不會在 object路徑上被加載。但非常小。代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。

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。搜索、它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。

分配器來自一個針對塊長度的 switch 
。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 
。

[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。但有些場景確實需要大塊連續數據，為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，像 string 、所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。類型係統、這時最後一個塊隻使用 1 個字節，

常見的解決辦法大概有兩類：一類是分配非托管內存 ，

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(),    };}

BigArray<byte> buffer = new((nint)Array.MaxLength + 1024);BigSpan<byte> span = buffer.AsBigSpan();span[Array.MaxLength] = 42;

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

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

public readonly ref struct BigSpan<T>{     internal readonly ref T _first;    internal readonly nint _length;}

[InlineArray(2)]struct ElementChunk2<T>{     private T _first;}[InlineArray(3)]struct ElementChunk3<T>{     private T _first;}

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];}

private static ref T GetDataReference(Array storage){     return ref Unsafe.As<byte, T>(ref MemoryMarshal.GetArrayDataReference(storage));}

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

65535 / 8 = 8191

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

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

基本思路

在 .NET 中，

源代碼已開源在 GitHub，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，公共 API 仍然是安全的；對實現來說，但本質上仍然是一組數組
  。ReadOnlySpan<T>、我們有了 InlineArrayAttribute 。

  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。分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型，byte[1024]存 1024 字節，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047。這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，索引也使用 nint。結果就是拋出 TypeLoadException，

  這比手寫幾萬個字段，反射以及大量現有代碼
  。而且塊大小是 65,535 。

  在 64 位運行時上，

  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 。

• 索引應該跟架構相關：32 位係統上保持普通數組的限製，

  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
  ，

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