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📚 IGCSE 電腦科學 (0478)：學習筆記 - 資料庫 (單元 9)

歡迎來到資料庫的世界！別擔心，這不僅僅是指龐大的伺服器機房；重點在於如何讓資訊變得實用且有條理。你可以把資料庫想像成處理海量數據的終極數位檔案系統，就像 Amazon 上的所有產品細節，或是學校裡所有學生的紀錄一樣。

在本章中，我們將學習如何設計一個簡單的資料庫表格，定義其中的資料類型，最重要的是，學習如何使用一種強大的語言——SQL (結構化查詢語言)，向資料庫提出精明的查詢，並精準擷取我們所需的資訊。

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9.1 & 9.2 資料庫結構與資料類型

類比：資料庫就像電子試算表

理解簡單資料庫最容易的方法，就是把它想像成一個非常有條理的電子試算表（單一表格）。

試想你有一個班級名冊：

• 每一個欄位標題（例如姓名、年齡或成績）就是一個欄位 (Field)。
• 每一行（例如某位學生的所有資訊）就是一個紀錄 (Record)。
• 整個試算表就是一個表格 (Table)（這便組成了一個單表資料庫）。

1. 定義單表資料庫

當我們定義資料庫結構時，我們是在列出所需的欄位，並為填入其中的資料規劃規則。

資料庫的核心組成：

• 欄位 (Fields / Attributes)： 這是為每個項目或個人所儲存的個別數據。
  例子：學生編號 (StudentID)、學生姓名 (StudentName)、出生日期 (DateOfBirth)。
• 紀錄 (Records / Tuples)： 單一項目的完整欄位集合。
  例子：某位學生的整行數據。
• 驗證 (Validation)： 設定規則以確保輸入的資料合理且準確。
  例子：確保「年齡」欄位只能接受 5 到 18 之間的數字。

2. 建議合適的基本資料類型

每個欄位都必須定義一個資料類型 (Data Type)。這告訴資料庫應該預期什麼類型的資訊，有助於節省空間並確保資料完整性（正確性）。

以下是你需要掌握的基本資料類型：

資料類型	儲存內容	使用例子
整數 (Integer)	整數（無小數點）。	年齡、物品數量、產品編號。
實數 (Real)	包含小數部分的數值。	價格、身高、平均分數。
文字/字母數字 (Text / Alphanumeric)	字母、數字或符號（包括空格）的任意組合。通常用於較長的條目。	姓名、地址、產品描述。
字元 (Character)	單個字母、數字或符號。	性別 ('M' 或 'F')、等級 ('A', 'B', 'C')。
布林值 (Boolean)	只能是 TRUE（真）或 FALSE（假）的邏輯值（有時儲存為 1 或 0，或「是」與「否」）。	是否已付款、是否為在讀學生。
日期/時間 (Date/Time)	以特定格式儲存的日期或時間。	註冊日期、訂單時間。

快速複習： 選擇正確的資料類型至關重要。如果你嘗試把文字 "Expensive" 放入一個實數 (Real) 欄位，資料庫會拒絕你的輸入！

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9.3 主鍵 (Primary Key)

想像一下，學校裡剛好有兩位學生都叫 *Maria Khan*。學校的電腦系統該如何分辨哪位是哪位呢？

這時候就需要使用主鍵 (Primary Key)！

主鍵的用途

主鍵是一個欄位（有時是多個欄位的組合），用來唯一標識表格中的每一筆紀錄。

• 唯一性 (Uniqueness)： 沒有兩筆紀錄可以擁有相同的主鍵值。
• 非空性 (Not Null)： 主鍵欄位不能留空。

類比：你的護照號碼或學生證號碼就是現實世界中的主鍵——即便你和別人撞名，該號碼對你來說也是獨一無二的。

識別合適的主鍵

當題目要求你建議一個主鍵時，請尋找那些保證唯一且對每筆紀錄都必須存在的欄位。

良好的主鍵候選：

• 編號 (ID Numbers)（*客戶編號、訂單編號、ISBN*）。這些通常由系統自動產生，旨在保證唯一。

不適合的主鍵候選（為什麼？）：

• 姓名： 不唯一（兩個人可以有相同的名字）。
• 地址： 不唯一（兩個人可以住在同一棟房子）且內容太長。
• 年齡： 絕對不唯一。

重點總結： 主鍵就是紀錄的「數位指紋」。它必須是唯一且必須存在的。

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9.4 結構化查詢語言 (SQL)

SQL 是我們與關聯式資料庫進行通訊和操作的語言。你需要學會如何閱讀、理解並編寫基本的單表 SQL 查詢。

別擔心複雜的程式設計，SQL 使用的是簡單且清晰的英文關鍵字！

SQL 查詢的基本結構

幾乎每個查詢都遵循這個結構：

SELECT [我想看到什麼資料？]
FROM [資料儲存在哪個表格？]
WHERE [紀錄必須符合什麼條件？]

1. 擷取資料 (SELECT 和 FROM)

SELECT 和 FROM 子句是每個查詢的必要部分。

• SELECT *：意為「選取所有欄位」。
• SELECT Field1, Field2：意為「僅選取這些特定欄位」。
• FROM TableName：指定包含資料的表格。

例子：顯示 'Students' 表格中的所有資料。
SELECT *
FROM Students;

例子：僅顯示 'Students' 表格中的 Name 和 Age 欄位。
SELECT Name, Age
FROM Students;

2. 過濾紀錄 (WHERE)

WHERE 子句用於根據特定準則或條件來過濾（限制）返回的紀錄。

WHERE 中使用的關係運算子：

• = (等於)
• > (大於)
• < (小於)
• >= (大於或等於)
• <= (小於或等於)
• <> (不等於)

例子：找出所有 16 歲的學生。
SELECT *
FROM Students
WHERE Age = 16;

例子：找出所有價格大於 50.00 的產品。（注意：文字必須用單引號 ' ' 包起來）。
SELECT ProductName
FROM Products
WHERE Price > 50.00;

3. 結合條件 (AND, OR)

我們使用 AND 或 OR 在 WHERE 子句中連結多個條件。

• AND： 必須*同時*滿足兩個條件，紀錄才會被選取。
• OR： 只要滿足其中*至少一個*條件，紀錄就會被選取。

例子 (AND)：找出 16 歲且住在倫敦 (London) 的學生。
SELECT Name
FROM Students
WHERE Age = 16 AND City = 'London';

例子 (OR)：找出 15 歲或 17 歲的學生。
SELECT Name
FROM Students
WHERE Age = 15 OR Age = 17;

4. 排序結果 (ORDER BY)

ORDER BY 子句根據一個或多個欄位對輸出進行排序。

• ASC (升序)：從 A 到 Z 或 1 到 10（預設排序方式）。
• DESC (降序)：從 Z 到 A 或 10 到 1。

例子：列出所有學生的姓名，按字母順序 (A-Z) 排列。
SELECT Name
FROM Students
ORDER BY Name ASC;

例子：列出產品，按價格從高到低排列。
SELECT ProductName, Price
FROM Products
ORDER BY Price DESC;

5. 彙總函數 (SUM, COUNT)

這些函數對一組紀錄進行計算，並返回單一的總結值。

• COUNT(Field) 或 COUNT(*)：計算符合條件的紀錄數量。
• SUM(Field)：計算符合條件的數值欄位的總和。

例子 (COUNT)：Students 表格裡有多少筆紀錄？
SELECT COUNT(*)
FROM Students;

例子 (SUM)：所有庫存物品的總成本是多少？
SELECT SUM(StockValue)
FROM Products;

★ 識別輸出（關鍵考試技能）

在考試中，你必須能看懂資料庫表格和 SQL 查詢，並準確描述該查詢會輸出哪些紀錄和欄位。

步驟如下：

1. 檢查 FROM 子句： 你在看哪個表格？（通常會提供）。
2. 套用 WHERE 子句： 一行一行檢查表格，哪些紀錄符合條件？（剔除其他不符的紀錄）。
3. 套用 SELECT 子句： 在剩下的紀錄中，題目要求顯示哪些欄位？（忽略其他欄位）。
4. 套用 ORDER BY 子句： 如果有此子句，將最終輸出的列表按要求重新排序 (ASC 或 DESC)。

你知道嗎？ Google、Facebook 以及幾乎所有大型數位企業，都極度依賴複雜的資料庫和快速的 SQL 查詢來管理你的數據！