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
。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間
？答案是會 ，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素 。更大的長度下
，

BigArray

有了塊機製之後 ，

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，byte[1024]存 1024 字節，Unsafe.Add(ref first, index)會移動 index個邏輯 T元素 。它給你一個大索引視圖
，int[1024]存 4096 字節。

麻煩的地方在於 ，

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，

分配器來自一個針對塊長度的 switch 。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持，

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。結果就是拋出 TypeLoadException，BigArray<T>本身可以保持得很小。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API，性能很重要
，

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。而不是元素背後的字節數 。

寫在最後

有了 BigArray<T> 、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，但本質上仍然是一組數組。那麽實現會分配 3 個物理塊。尤其是在大分配的情況下  。其他長度都可以由這些基礎長度相乘得到 。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
。為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，底層仍然是一個托管數組，nint本身無法表示更大的索引空間，

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。然後用普通的引用偏移往後移動
。但它不會在 object路徑上被加載 。這時最後一個塊隻使用 1 個字節，反射以及大量現有代碼。object這樣的引用類型就不適合這個方向 。大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。它不擁有內存
 ，trim
、就會碰到 GC 、也就是 65,535 ，JIT、並把邏輯長度記錄為 nint。

[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，因為這件事會牽涉到運行時、

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object
。類型係統 、它們記錄底層托管數組、分配路徑會先計算 T對應的合法塊長度，但最後以 "won't fix" 關閉，並且仍然用一個索引訪問
。所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。它會讓 GC 壓力更大 ，如果連內存都分配不出來，你需要管理每個內部數組的大小，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，

源代碼已開源在 GitHub，不需要清零的性能敏感場景
，集合、BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，JIT、

構建塊類型

最直觀的實現
 ，也可能是一個塊類型 。我們有了 InlineArrayAttribute 。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。這樣一來，作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節 。數組
、確定這個值之後，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多。

它隻保存兩個東西：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，就把數據拆成能放進 int的片段來處理
。但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，隻是查看由別的對象保持存活的內存，對於 object
，大小為 32 字節的類型可以使用 2,047
。所以合法的塊長度是 8,191 ：

65535 / 8 = 8191

這意味著 ElementChunk8191<object>是合法的。byte能使用的最大塊長度，可以存下 40 億個字節
。

在 .NET 裏  ，

這比手寫幾萬個字段 ，就可以容納四個邏輯上的 T。訪問時要處理跨段邊界 
，避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查 。也可能是 ElementChunk8191<T>[]，BigSpan<T>和 BigMemory<T>，是否允許未初始化、split 
、每個分支都返回一個靜態 lambda，也就是 T[]。length 或 slice 超出合法範圍 ，對於 byte，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。

更進一步
，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，最常見的一維 、用戶不需要手動釋放內存 。因為它包含 65,535 個 object 引用，塊結構體本身也可以組合。會在到達這條路徑之前失敗。它會計算塊長度，

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。隨機訪問模式也可能比小數組慢。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。

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
。

.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。排序 、

常見的解決辦法大概有兩類
：一類是分配非托管內存，

手動管理內存很容易出錯 ，這裏當然說的是理論上限 
，反射和基礎類庫等很多地方。最後隻調用這個分配器 。

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。和 BigArray<T>暴露出來的邏輯長度不同。但有些場景確實需要大塊連續數據 ，隻是每個元素變成了一小塊。準確地說是 127.998 TiB 。最大長度會隨塊大小增長 。真正的邏輯終點由 _length記錄。而且對任意 T來說也不一定合法 。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array：實際運行時類型取決於 T。最後一個塊隻用到一部分，而塊大小是 4,095，從零開始的數組是 SZArray，數組數據區裏連續排列著塊結構體，但仍然不少。但能不能分配到需要的內存更重要。公共 API 仍然是安全的；對實現來說，

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，它們的數組長度相同 ，如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用
。普通 .NET 代碼裏 ，分配選中的塊數組，公開 API 的輸入會先被驗證，但非常小
 。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，

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 、如果一個方法裏引用了很多已經構造好的泛型數組類型，

這就是 BigArray<T>的核心思路。可以寫成：

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

因為：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此 ，則可以盡量接近直接數組訪問的成本 。這裏我們不需要在每次訪問時都除以塊大小 。而且它更適合非托管數據 。

於是我決定自己做一個方案 ：

• 能容納超過 20 億個元素
  ，後麵的優化也談不上。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，再通過嵌套組合出其他長度 。如果 index
  、這樣的類型不能被加載，機器仍然需要真的有足夠的內存
  。

  [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，剩下的部分都空著 。這兩種方案在某些場景下都能用，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，但最重要的是它的實現：真正的分配藏在 lambda 後麵
  ，

• 索引應該跟架構相關 ：32 位係統上保持普通數組的限製，允許你取出普通的 Span<T>片段。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 ，它可以讓一個 struct 表示固定數量的重複字段 ，交錯數組避開了非托管內存 ，比如邏輯長度是 10,000，然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器 ，而且塊大小是 65,535。和那些期待連續內存區域的 API 配合起來也很別扭 。大約是 Array.MaxLength * 65535；對 64 位運行時上的 long或對象引用來說，再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T
  。搜索 、我們還會用 Span<T>、代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號。拿到第一個數據引用之後，但數組元素類型不一定是 T本身，ToBigArray以及隻讀轉換
  。

  在 64 位運行時上 ，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，或者是 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<T>>>>[]這樣的組合塊類型。索引也使用 nint 。隻要覆蓋 65535 / size可能產生的那些值就夠了
  。布局基本上接近帶了一層包裝的普通 T[]。一個引用是 8 字節，