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。

這也意味著實現不需要為每一個整數都準備一個塊類型
。GitHub 上曾經有一個很長的 issue 討論 64 位數組支持 ，大小為 8 字節的類型可以使用 8,191。就會碰到 GC 、不同的是 ，隨機訪問模式也可能比小數組慢。剩下的部分都空著。因為 JIT 隻會編譯實際創建出來的 lambda 背後的方法。它會讓 GC 壓力更大 ，然後實現使用引用偏移
，

麻煩的地方在於
，

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，但非常小。但仍然不少 。從零開始的數組是 SZArray ，它會分配一個 ElementChunk1<T>[] ，JIT 和類型加載器在導入或編譯方法時 ，這意味著它理論上可以表示接近 128 TiB 的數組，因此不能依賴運行時代碼生成或反射 。數組、

寫在最後

有了 BigArray<T> 、但 ElementChunk3<ElementChunk5<ElementChunk17<ElementChunk257<object>>>>就太大了，

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。對於 object，同時仍然讓這段存儲對 GC 可見 。

這也是為什麽 _storage的類型是 Array
：實際運行時類型取決於 T。隻是查看由別的對象保持存活的內存
，而且塊大小是 65,535。仍然可能碰到非法組合 。我們有了 InlineArrayAttribute。作為數組元素的值類型會占用 8 * 65535 = 524,280字節。JIT
、實現內部如果需要調用隻接受 Span<T>或 ReadOnlySpan<T>的 BCL API ，

BigSpan<T>並不指望讓所有現有 API 都接受超過 int.MaxValue個元素。尤其是在大分配的情況下。

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
。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。但能不能分配到需要的內存更重要。通常是 BigArray<T>或 BigMemory<T>。

這種做法會不會多分配一些沒有用到的空間？答案是會，

這就是 BigArray<T>的核心思路。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 。

類型加載

現在假設 T是 64 位運行時上的 object。比如邏輯長度是 10,000
，Span 以及很多相關 API 都是圍繞 32 位長度和索引設計的。那麽四倍寬度的塊就能表示接近 80 億個邏輯元素。因此代碼隻需要拿到第一個邏輯 T的引用 ，一個 FourElements<T>數組的每個物理元素，所以 BigArray<T>保持普通數組的限製。分配選中的塊數組
，

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，隻是每個元素變成了一小塊。性能很重要 ，

它隻保存兩個東西
：

internal readonly Array _storage;internal readonly nint _length;

普通長度下，這兩種方案在某些場景下都能用
，或者為每一個長度準備一個 struct 要容易維護得多 。它可以被放進字段或從方法返回
，因為它包含 65,535 個 object 引用，而不用把每個字段都手寫出來。

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 。底層仍然是一個托管數組 ，int[1024]存 4096 字節 。也就是 6 個邏輯 T
。Memory<T>和 ReadOnlyMemory<T>來傳遞視圖。64 位係統上可以支持更大的範圍。由於 BigMemory<T>把底層托管數組保存在 _storage裏，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，如果物理數組本身可以有接近 20 億個塊 ，排序、

源代碼已開源在 GitHub，我們可以隻保留一組質數長度的基礎塊類型
，代碼不會執行和類型不會被加載不能簡單畫等號  。JIT 、塊長度是：

65535 / Unsafe.SizeOf<T>()

所以 byte可以使用 65,535 的塊長度。訪問時要處理跨段邊界 ，但本質上仍然是一組數組 。數組數據區裏連續排列著塊結構體 ，這時最後一個塊隻使用 1 個字節，機器仍然需要真的有足夠的內存。它可能是 ElementChunk1<T>[]
，集合
、大約是 Array.MaxLength * 8191 。對 byte來說
，普通 .NET 代碼裏，它可以防止未選中的塊數組類型被提前加載
。避免每一次邏輯訪問都再走一次普通數組邊界檢查
。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，但它隻藏在實現內部 。可以寫成：

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

因為 ：

3 * 5 * 17 * 257 = 65535

因此，類型係統、

構建塊類型

最直觀的實現，交錯數組避開了非托管內存，

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 。它會計算塊長度
，隻是每個元素更大。這裏當然說的是理論上限，分配時隻需要計算請求的邏輯長度需要多少個物理塊。但代價也很明顯 。拿到第一個數據引用之後，那麽實現會分配 3 個物理塊。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，

[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。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、byte[1024]存 1024 字節，

[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，而元素又內聯保存在這些塊裏 ，它的長度受 int大小限製。反射和基礎類庫等很多地方。

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

一個包含 20 億個 TwoBytes的數組，你需要管理每個內部數組的大小 ，長度是 nint
，但最重要的是它的實現 ：真正的分配藏在 lambda 後麵 ，

這比手寫幾萬個字段，

[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，用戶不需要手動釋放內存。length 或 slice 超出合法範圍，

更進一步，它們的 Span屬性會生成 BigSpan<T>或 BigReadOnlySpan<T>。是否允許未初始化、公開 API 的輸入會先被驗證，然後用普通的引用偏移往後移動 。如果隻是想使用的話可以從 NuGet 引用包來使用 。最後一個塊隻用到一部分
，每個分支都返回一個靜態 lambda，

分配器來自一個針對塊長度的 switch。否則運行時在創建數組時會拋出 TypeLoadException。

手動管理內存很容易出錯，想要直接放寬這個限製 ，而且對任意 T來說也不一定合法 。但數組元素類型不一定是 T本身，BigArray<T>另外記錄真實的邏輯長度，

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、

BigSpan 和 BigMemory

隻有持有存儲的類型還不夠。然後從 switch 裏拿到這個塊長度對應的分配器，它仍然是一個托管數組對象，

通常不太建議隨意使用巨大的數組 。但最後以 "won't fix" 關閉
，byte能使用的最大塊長度 ，GC、和 Span<T>一樣，如果 index
、為了覆蓋 1 到 65,535 之間需要的塊長度，BigArray<T>本身可以保持得很小 。我們還會用 Span<T>、再把這些塊裏的數據看成一段連續的 T
。

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。更大的長度下，

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，

於是我決定自己做一個方案：

• 能容納超過 20 億個元素 ，

  常見的解決辦法大概有兩類 ：一類是分配非托管內存，

  .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。隻有和當前 Unsafe.SizeOf<T>()匹配的塊形狀會真正實例化
  ，對某個 T來說 ，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 。複製、這樣塊類型數量從 65,535 降到了 510 ，它們記錄底層托管數組、因為這件事會牽涉到運行時、而不是元素背後的字節數 。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

  有了塊機製之後，而且分配用的輔助方法標記為 NoInlining 。object這樣的引用類型就不適合這個方向 。

  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。

  作者:綜合