第12天：集合與陣列

課程簡介

今天，我們將學習 C# 中的 集合（Collections）和 陣列（Arrays）。陣列是存儲固定大小的同類型資料的容器，而集合則是更強大且靈活的資料結構，能夠存儲動態數量的元素。C# 提供了許多集合類別，例如 List、Dictionary 和 Queue，每種集合有不同的使用場景和特點。

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學習目標

• 瞭解陣列的基本概念與操作
• 瞭解集合的概念及其類型
• 學習使用 List 和 Dictionary 等集合類別
• 理解集合和陣列的異同

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課程內容

1. 陣列（Array）

陣列 是一組固定大小且類型相同的元素的集合。使用陣列可以將多個元素儲存在一個變數中，並根據索引來存取特定元素。陣列的大小在創建時必須確定，且無法更改。

陣列的特點

• 可以存放固定數量的元素
• 索引從 0 開始
• 資料類型必須一致

範例：

int[] numbers = new int[5] {1, 2, 3, 4, 5};
Console.WriteLine(numbers[0]);  // 輸出 1

string[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
Console.WriteLine(fruits[1]);  // 輸出 "Banana"

操作方法

• 初始化：使用 new 關鍵字分配陣列大小。
• 存取元素：使用索引（例如 numbers[0]）來存取元素。
• 迭代元素：可以使用 for 或 foreach 迴圈遍歷陣列元素。

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2. 集合（Collections）

集合是一組具有特定資料結構的元素集合，可以動態擴展和縮小。與陣列不同，集合的大小不固定，可以根據需求添加或刪除元素。C# 提供了多種集合類別，每個集合類別都具備不同的特性和用途。

常見集合類型

• List：一種動態大小的集合，可以存放相同類型的資料，並支援索引存取。
• Dictionary：一種鍵值對（key-value pair）的集合，透過鍵來快速查找值。
• Queue：先進先出（FIFO）的集合，元素從尾端加入，從頭部取出。
• Stack：後進先出（LIFO）的集合，元素從尾端加入，從尾端取出。

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3. 使用 List

List 是 C# 中最常用的集合類型之一，可以存放相同類型的元素且動態調整大小。

List 的基本操作

• 新增元素：使用 .Add() 方法
• 插入元素：使用 .Insert() 方法
• 刪除元素：使用 .Remove() 或 .RemoveAt() 方法
• 存取元素：使用索引 []

範例：

List<string> cities = new List<string>();
cities.Add("Tokyo");
cities.Add("New York");
cities.Add("London");

Console.WriteLine(cities[1]);  // 輸出 "New York"

cities.Insert(1, "Paris");
cities.Remove("Tokyo");

foreach (string city in cities)
{
    Console.WriteLine(city);
}

此範例中，List 的大小可以動態變化，能夠新增或刪除元素。您也可以用 foreach 迴圈遍歷 List 中的所有元素。

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4. 使用 Dictionary

Dictionary 是一種以鍵值對（key-value pair）形式存儲資料的集合。可以快速透過鍵來存取對應的值。

Dictionary 的基本操作

• 新增鍵值對：使用 .Add() 方法
• 刪除鍵值對：使用 .Remove() 方法
• 查找值：使用鍵 []
• 檢查鍵是否存在：使用 .ContainsKey() 方法

範例：

Dictionary<string, int> ages = new Dictionary<string, int>();
ages.Add("Alice", 25);
ages.Add("Bob", 30);
ages["Charlie"] = 35;

Console.WriteLine(ages["Bob"]);  // 輸出 30

if (ages.ContainsKey("Alice"))
{
    Console.WriteLine("Alice is " + ages["Alice"] + " years old.");
}

ages.Remove("Charlie");

在此範例中，您可以透過鍵（例如 "Alice"）快速存取對應的值。Dictionary 中的鍵必須是唯一的，不能有重複鍵。

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5. 集合與陣列的異同

特性	陣列（Array）	集合（Collection）
大小	固定	動態
資料類型	相同類型	相同類型（泛型）或不同類型
操作方法	索引存取	多種操作方法（新增、刪除、查找）
使用情境	預先知道大小且不變時適用	大小不定或需要動態調整時適用

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實作練習

1. 使用陣列存儲學生分數
   • 在 Program.cs 中撰寫程式碼，使用陣列存儲 5 個學生的分數，並計算平均分數。

   using System;
   
   class Program
   {
       static void Main(string[] args)
       {
           int[] scores = {85, 92, 78, 90, 88};
           int sum = 0;
   
           for (int i = 0; i < scores.Length; i++)
           {
               sum += scores[i];
           }
   
           double average = (double)sum / scores.Length;
           Console.WriteLine("Average score: " + average);
       }
   }
   

2. 使用 List 存儲購物清單
   • 撰寫程式碼，允許使用者輸入購物清單項目，並顯示所有項目。

   using System;
   using System.Collections.Generic;
   
   class Program
   {
       static void Main(string[] args)
       {
           List<string> shoppingList = new List<string>();
           Console.WriteLine("Enter items for your shopping list (type 'done' to finish):");
   
           while (true)
           {
               string item = Console.ReadLine();
               if (item.ToLower() == "done")
                   break;
               shoppingList.Add(item);
           }
   
           Console.WriteLine("Your Shopping List:");
           foreach (string item in shoppingList)
           {
               Console.WriteLine("- " + item);
           }
       }
   }
   

3. 使用 Dictionary 存儲聯絡人名單
   • 撰寫程式碼，使用 Dictionary 儲存聯絡人姓名及其電話號碼，並能查找特定聯絡人。

   using System;
   using System.Collections.Generic;
   
   class Program
   {
       static void Main(string[] args)
       {
           Dictionary<string, string> contacts = new Dictionary<string, string>();
           contacts.Add("Alice", "123-456-7890");
           contacts.Add("Bob", "987-654-3210");
           contacts["Charlie"] = "555-123-4567";
   
           Console.WriteLine("Enter a name to find the contact number:");
           string name = Console.ReadLine();
   
           if (contacts.ContainsKey(name))
           {
               Console.WriteLine(name + "'s number is " + contacts[name]);
           }
           else
           {
               Console.WriteLine("Contact not found.");
           }
       }
   }
   

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教學重點

• 瞭解陣列和集合的基本特點及其使用情境。
• 探索 List 和 Dictionary 的常用操作方法。
• 使用不同集合類別，根據需求選擇適當的資料結構來管理和操作數據。

在下一節中，我們將學習如何使用 Lambda 表達式和 LINQ 來高效操作集合資料。