Data Types and Structures

歡迎來到數據類型與結構的世界！

在本章中，我們將學習電腦是如何組織資訊的。你可以把「數據類型」想像成廚房裡各種形狀的容器——你總不會把湯放在篩子裡，或者把麵粉裝在淺盤子裡吧？同樣地，電腦也會使用特定的「容器」來高效地儲存不同類型的數據。無論你是要編寫一個簡單的計算機還是開發複雜的遊戲，理解這些結構都是成為優秀程式設計師的第一步。如果起初覺得這些概念有點抽象，不用擔心——我們會運用大量生活中的例子來幫助你理解！

10.1 數據類型與記錄 (Data Types and Records)

在電腦處理數據之前，它必須知道這是什麼種類的數據。這就是所謂的數據類型 (Data Type)。

基本數據類型

在 9618 教學大綱中，你需要熟悉以下特定類型：

• INTEGER (整數)： 整數 (例如：10, -5, 1000)。
• REAL (實數)： 帶有小數點的數字 (例如：3.14, -0.5, 2.0)。
• CHAR (字符)： 單個字符 (例如：'A', '!', '5')。
• STRING (字串)： 一串字符或文字 (例如："Hello World")。
• BOOLEAN (布林值)： 只能是 TRUE (真) 或 FALSE (假)。
• DATE (日期)： 代表特定的日子 (例如：25/12/2024)。

什麼是記錄 (Record)？

有時候，我們會想將不同類型的數據組合在一起，因為它們屬於同一個「事物」。這被稱為記錄 (Record)。

現實生活中的例子： 想像一張圖書證。它包含了 STRING (書名)、INTEGER (書本 ID) 和 DATE (還書日期)。所有這些不同類型的數據都被歸納在同一個「記錄」之下。

在偽代碼中定義記錄

若要建立一個記錄，我們使用特定的結構。以下是你如何定義一個 Student (學生) 記錄的方法：
TYPE StudentRecord
    DECLARE Name : STRING
    DECLARE Age : INTEGER
    DECLARE IsEnrolled : BOOLEAN
ENDTYPE

快速複習： 記錄讓我們能夠將多個相關項目視為一個整體，使我們的程式組織得更有條理！

10.2 陣列 (Arrays)

陣列 (Array) 就像學校裡一排排的儲物櫃。每個儲物櫃的大小都相同，用途也一樣，而且每個櫃子都有編號，方便你找到它。

陣列的關鍵術語

• Index (索引)： 項目在陣列中的「地址」或位置。
• Lower Bound (下界)： 起始索引 (通常為 0 或 1)。
• Upper Bound (上界)： 陣列中的最後一個索引。
• 1D Array (一維陣列)： 單行數據。
• 2D Array (二維陣列)： 數據網格 (就像帶有行和列的試算表)。

重要規則： 陣列中的所有項目必須屬於相同的數據類型。你不能擁有一個同時儲存整數和字串的陣列！

搜尋與排序數據

一旦數據進入陣列，我們通常需要進行搜尋或排序。

1. 線性搜尋 (Linear Search - 「逐一檢查法」)

想像你在衣服堆裡找某件特定的襯衫。你拿起第一件檢查，然後是第二件，依此類推，直到找到為止。這就是線性搜尋。它很簡單，但如果陣列非常大，速度可能會很慢。

2. 氣泡排序 (Bubble Sort - 「交換法」)

這是一種將陣列排序的方法。它的運作方式是比較兩個相鄰的項目。如果它們順序錯誤，就進行「交換」。這個過程不斷重複，直到最大的項目像氣泡一樣「浮」到列表的末端。

常見錯誤： 使用二維陣列時，要時刻記住哪個索引代表行 (Row)，哪個代表列 (Column)。通常寫作 MyArray[Row, Column]。

重點總結： 陣列用於儲存相同類型的多個項目。列表用一維陣列，表格用二維陣列。

10.3 檔案 (Files)

為什麼我們需要檔案 (Files)？我們儲存在變數或陣列中的所有東西都保存在電腦的 RAM (記憶體) 中。當你關閉電腦時，RAM 就會被清除。為了永久保留數據，我們必須將其儲存到硬碟或 SSD 的檔案中。

在考試中，你會看到關於這些的偽代碼：
• OPENFILE： 告訴電腦你想使用哪個檔案。
• READFILE： 從檔案中讀取數據以供程式使用。
• WRITEFILE： 將數據寫入檔案以進行儲存。
• CLOSEFILE： 使用完畢後一定要記得「鎖門」！

你知道嗎？ 文字檔本質上就是一長串儲存在磁碟上的字元，你的程式會逐行讀取它們。

10.4 抽象數據類型 (ADT) 簡介

抽象數據類型 (Abstract Data Type, ADT) 是一種數據集合，對於如何新增或刪除項目有一套特定的規則。我們通常使用陣列來實作 ADT。

1. 堆疊 (Stack - LIFO)

LIFO 代表 Last In, First Out (後進先出)。
類比： 想像食堂裡的餐盤疊。最後疊上去的餐盤，一定是第一個被拿走的。
• Push (入疊)： 將項目新增到最上方。
• Pop (出疊)： 從最上方移除項目。

2. 佇列 (Queue - FIFO)

FIFO 代表 First In, First Out (先進先出)。
類比： 電影院的排隊人潮。第一個排進隊伍的人，就是第一個買到票的人。
• Enqueue (入隊)： 將項目新增到隊尾。
• Dequeue (出隊)： 從隊首移除項目。

3. 鏈結串列 (Linked List)

鏈結串列是由「節點 (nodes)」組成的集合。每個節點包含數據以及指向列表中下一個項目的指標 (Pointer)。
類比： 尋寶遊戲。你找到一條線索 (數據)，該線索會告訴你下一條線索在哪裡 (指標)。如果指標為 Null (空)，則表示你已經到達了列表的末端。

差異總結表

• 堆疊 (Stack)： 使用單一指標 (堆疊頂端)。順序：LIFO。
• 佇列 (Queue)： 使用兩個指標 (隊首與隊尾)。順序：FIFO。
• 鏈結串列 (Linked List)： 使用指標連接節點；項目在記憶體中不一定要連續儲存。

記憶小撇步： 記住 "S-L-Q-F" — Stacks (堆疊) 是 LIFO，Queues (佇列) 是 FIFO！

最後的鼓勵： 你剛剛已經掌握了電腦處理數據的核心方法！雖然指標和氣泡排序的邏輯可能有點棘手，但只要不斷想像那些生活中的例子，像是儲物櫃、衣物堆和食堂餐盤，你一定能行！加油！