歡迎來到程式設計的世界！
你好！無論你是編碼高手還是剛起步的初學者，這一章都是電腦科學的「引擎室」。程式設計的本質，就是給電腦一套指令來解決問題。這就像寫食譜一樣：只要正確地遵循步驟，你就能做出美味的蛋糕（在我們的例子中，就是一個運作順暢的應用程式！）。
如果起初覺得內容有點多，請不用擔心。我們會將其拆解成容易消化的小單元，讓你順利掌握 AQA A Level Computer Science (7517) 課程的核心基礎。讓我們開始吧！
1. 建構基礎：資料型態 (Data Types)
在編寫程式碼之前，我們需要了解我們正在處理的資料種類。想像一個倉庫，你將物品存放在不同類型的箱子裡。你肯定不會把液體裝進紙箱裡，對吧？資料型態就像那些專用的箱子。
常見資料型態
- 整數 (Integer)： 整數（例如：7, -12, 100）。不允許有小數點！
- 實數/浮點數 (Real/Float)： 帶有小數點的數字（例如：3.14, -0.01）。
- 布林值 (Boolean)： 只有 True（真） 或 False（假）。就像電燈開關一樣。
- 字元 (Character)： 單一字母、數字或符號（例如：'A', '$', '4'）。
- 字串 (String)： 一串字元的集合。通常是文字（例如："Hello World"）。
- 日期/時間 (Date/Time)： 專門用於日曆日期和時鐘時間。
- 指標/參考 (Pointer/Reference)： 這儲存了物件所在的 記憶體位址。它不儲存資料本身，而是告訴電腦去哪裡找到資料。
- 陣列 (Arrays)： 將相同資料型態的項目存放在同一個名稱下的集合。
- 紀錄 (Records)： 相關資料的集合，可以包含不同類型（例如：一個學生紀錄包含姓名、年齡和學號）。
使用者自定義資料型態
有時候內建的類型不足以應付需求。你可以建立屬於自己的類型！這稱為 使用者自定義資料型態 (User-defined data type)。例如，你可以建立一個儲存兩個整數 \( x \) 和 \( y \) 的「點 (Point)」類型。
快速回顧： 選擇正確的資料型態很重要，因為它會告訴電腦需要分配多少記憶體，以及可以執行哪些運算（例如：你無法將兩個字串相乘！）。
2. 程式設計概念與控制結構
程式是如何從頭到尾運作的呢？主要有三個核心原則：順序 (Sequence)、選擇 (Selection) 和 迭代 (Iteration)。
基本概念
- 變數宣告 (Variable Declaration)： 告訴電腦：「我需要一個名為 score 的箱子來存放整數。」
- 常數宣告 (Constant Declaration)： 就像變數，但在程式執行期間，其值 不能改變（例如：PI = 3.14）。
- 賦值 (Assignment)： 使用 = 符號將數值放入變數中（例如：score = 10）。
選擇 (Selection) - 決策制定
這就是程式「思考」的方式。我們使用 IF 語句或 Switch/Case 語句。
範例：IF score > 50 THEN "你及格了！" ELSE "再試一次！"
迭代 (Iteration) - 迴圈
迭代只是「重複執行程式碼」的專業術語。主要分為兩種類型：
- 確定迭代 (Definite Iteration)： 你精確知道迴圈會執行多少次（例如：FOR 迴圈）。
- 不確定迭代 (Indefinite Iteration)： 程式會持續執行直到達成特定條件為止（例如：WHILE 或 REPEAT UNTIL 迴圈）。
常見錯誤： 在 WHILE 迴圈中，條件是在 開始時 檢查的。如果條件一開始就是假的，內部的程式碼可能 永遠不會 執行！而在 REPEAT UNTIL 迴圈中，程式碼至少會執行一次，因為檢查是在 結束時 進行的。
3. 算術與邏輯運算
程式設計涉及一些數學，但不用驚慌！主要都是基礎運算。
算術運算
- 加法 (+), 減法 (-), 乘法 (*)
- 實數/浮點數除法 (/)： 標準除法（例如：\( 5 / 2 = 2.5 \)）。
- 整數除法： 這會給出整數部分和餘數。
- DIV： 商數（例如：\( 7 \text{ DIV } 2 = 3 \)）。
- MOD： 餘數（例如：\( 7 \text{ MOD } 2 = 1 \)）。
- 指數 (Exponentiation)： 乘冪運算（例如：\( 2^3 = 8 \)）。
- 四捨五入 vs. 截斷 (Rounding vs. Truncation)： 四捨五入會進位到最接近的整數；截斷則直接「切掉」小數部分。
關係與邏輯運算
關係運算子用於比較：=（等於）、!= 或 <>（不等於）、<（小於）、>（大於）。
邏輯運算子用於組合條件：
- AND： 兩者都必須為真。
- OR： 至少一個必須為真。
- NOT： 反轉數值（真變為假）。
- XOR： 異或 (Exclusive OR)。兩者只能擇其一。如果兩者都為真，XOR 的結果為假！
4. 字串處理
可以把 字串 (String) 想像成一串項鍊，每一顆珠子就是一個 字元 (Character)。我們可以對字串進行操作：
- 長度 (Length)： 有多少個字元？（"Cat" 是 3）。
- 位置 (Position)： 尋找字母在哪裡（記住，許多程式語言是從 0 開始計數的！）。
- 子字串 (Substring)： 截取字串的一部份。
- 串接 (Concatenation)： 將兩個字串接在一起（例如："Fire" + "fly" = "Firefly"）。
你知道嗎？ 電腦其實不懂字母；它們使用的是 字元編碼 (Character Codes)（如 ASCII 或 Unicode）。你可以將 'A' 這樣的字元轉換成其對應的編碼 (65)，並反向轉換回去！
5. 副程式 (Subroutines: Procedures and Functions)
副程式 是一段有名稱的程式碼區塊，負責執行特定任務。與其重複寫同樣的程式碼 10 次，不如把它寫成副程式，在需要時「呼叫 (call)」它。
程序 (Procedures) 與函式 (Functions)
- 程序 (Procedures)： 執行任務，但不一定會回傳數值。
- 函式 (Functions)： 必須 回傳一個值回程式的主體。
參數與作用域
參數 (Parameters)： 這些是傳入副程式的資料，以便讓它進行處理（就像你給廚師的食材）。
區域變數 (Local Variables)： 這些僅存在於 副程式內部。一旦副程式執行完畢，它們就會被刪除。這是一個「良好的習慣」，因為它可以防止程式的不同部分意外地更改彼此的資料。
全域變數 (Global Variables)： 可以在程式的 任何地方 被存取。請謹慎使用！
重點摘要： 使用副程式能讓你的程式碼更易於閱讀、測試和重複使用。這就像將一個大專案拆解成細小、易於管理的工作。
6. 堆疊 (Stack) 與遞迴 (Recursion)
這是一個進階主題，如果一時無法理解也別擔心！
堆疊框架 (Stack Frames)
當程式呼叫副程式時，它需要記住自己之前執行到哪裡，以便結束後返回。它使用 堆疊框架 (Stack Frame) 來儲存：
- 返回位址 (Return Address)： 結束後該回到哪裡。
- 參數 (Parameters)： 傳入的數值。
- 區域變數 (Local Variables)： 該呼叫專有的資料。
遞迴 (Recursion)
遞迴 是指副程式呼叫 它自己本身。
想像一下站在兩面鏡子中間——影像會無限重複。在程式碼中，我們使用 終止條件 (Base Case) 來防止這種無限迴圈。
- 終止條件 (Base Case)： 停止遞迴的條件。
- 遞迴步驟 (General Case)： 函式再次呼叫自身的部分。
類比：要找出堆疊箱子的底部，如果你不在底部（終止條件），就去看看下面的箱子（遞迴呼叫）。
快速回顧：
1. 順序 (Sequence)： 程式碼按順序執行。
2. 選擇 (Selection)： IF/ELSE 決策。
3. 迭代 (Iteration)： 迴圈 (For/While)。
4. 副程式 (Subroutines)： 可重複使用的區塊。
5. 區域變數 (Local Variables)： 比全域變數更安全。
恭喜你讀完了程式設計基礎筆記！休息一下，嘗試用你喜歡的語言寫一個簡單的迴圈吧。請記住：每一位專業的程式設計師都是從你現在的位置開始的。繼續編碼吧！