簡介：電腦如何「閱讀」這段文字
你有沒有想過，電腦明明只懂得二進制（0 和 1），它是怎麼知道某個電壓模式代表字母「A」或一個「笑臉」表情符號的呢？
在本章中，我們將探討字元集（Character representation）。你將學習電腦如何使用名為字元集的「密碼本」，將人類語言轉化為位元（bits）和位元組（bytes）。這就像一種秘密語言，每個字母都有其獨一無二的編號！
1. 什麼是字元集？
字元集（Character set）是電腦硬體和軟體所能識別的一組字元定義列表。每個字元都會被分配一個獨一無二的代碼（數字）。當你按下鍵盤上的按鍵時，電腦看到的並不是字母，而是那個以位元模式（bit pattern）呈現的唯一數字。
比喻：你可以把字元集想像成餐廳的菜單。你可能想點「披薩」，但侍應生只會寫下「14號」。只要廚房（電腦）手上有同樣的菜單，他們就知道該準備什麼餐點！
重點回顧：
- 每個字元（字母、數字或符號）都有一個唯一的數字。
- 這些數字以二進制形式儲存在電腦記憶體中。
2. ASCII：傳統標準
ASCII（美國資訊交換標準代碼）是最早期的主要字元集之一。它是一個7位元（7-bit）的編碼系統。
數學原理：因為它使用 7 個位元，所以可以代表 \( 2^7 = 128 \) 種不同的字元。
這包括：
- 英文字母（大小寫）
- 數字（0-9）
- 常用標點符號（如 ! , . ?）
- 控制字元（隱形的指令，如「Enter」或「Delete」）
你知道嗎？雖然 ASCII 是 7 位元的，但它通常儲存在一個 8 位元的位元組（byte）中，第 8 個位元通常保持為 0，或者用於錯誤檢測。
ASCII 的問題：它非常有限！只有 128 個代碼，根本沒有足夠的空間容納其他語言的字元（如阿拉伯文、中文或希臘文），更不用說表情符號了。
3. Unicode 與 UTF-8：全球通用語言
為了克服 ASCII 的限制，Unicode 應運而生。它的目標是代表世界上每一種語言中的每一個字元。
UTF-8
UTF-8 是目前網際網路上最廣泛使用的 Unicode 版本。以下是它的特別之處：
- 可變長度：它可以使用 8、16、24 或 32 個位元來表示一個字元。
- 向後兼容（Backwards Compatible）：這是一個非常重要的術語！這意味著 UTF-8 中的前 128 個代碼與原始的 ASCII 代碼是完全相同的。
- 高效：它為英文文字使用的空間較小（8 位元），但可以擴展更多位元來處理複雜符號或其他語言。
記憶小撇步：Unicode 是為了 Universe（宇宙）而設（它涵蓋了一切！）。
4. 使用字元代碼
無論在 ASCII 還是 Unicode 中，字元都是分組排列在「區塊」中的。你不需要背誦整個表格，但應該知道主要群組的起始位置：
- 數字（0-9）：從代碼 48 開始。
- 大寫英文字母（A-Z）：從代碼 65 開始。
- 小寫英文字母（a-z）：從代碼 97 開始。
步驟教學：如何找出代碼
如果這看起來像數學，別擔心，這只是簡單的數數而已！
如果考試題目告訴你 'A' 的代碼是 65，並要求你找出 'D' 的代碼：
1. A = 65
2. B = 66
3. C = 67
4. D = 68
常見錯誤：混淆大小寫。'A' (65) 和 'a' (97) 的代碼是不同的！對電腦而言，它們是完全不同的數據。
5. 字元代碼 vs. 純二進制
這對許多學生來說是一個棘手但非常重要的概念。電腦儲存數字 6 的方式，與儲存字元 '6' 的方式是不同的。
- 純二進制（Pure Binary）：如果你想儲存數值 6（用於數學運算），電腦會將其儲存為 \( 110_2 \)。
- 字元代碼（Character Code）：如果你想在螢幕上顯示符號 '6'，電腦會使用 ASCII/UTF-8 代碼。符號 '6' 的代碼是 54（在 7 位元 ASCII 中為 \( 0110110_2 \)）。
快速複習箱：
數字 6：二進制 \( 110 \)
字元 '6' (ASCII)：二進制 \( 0110110 \)
字元 '6' (UTF-8)：二進制 \( 00110110 \)（UTF-8 為此使用 8 個位元）
總結檢查清單：重點摘要
- 字元集：字元與其唯一數值代碼的列表。
- ASCII：7 位元，128 個字元，僅適用於英文及基礎符號。
- Unicode (UTF-8)：可變長度，全球通用，與 ASCII 向後兼容。
- 群組：數字從 48 開始，'A' 從 65 開始，'a' 從 97 開始。
- 字元 vs. 數字：儲存符號與儲存用於數學運算的數值是兩回事。