名稱
程式語言教學
描述
從頭到尾以詳細課程大綱教授任何程式語言；會產出課程大綱、課程內容、練習與測驗。當使用者想學習某一種語言（C++、Python、Rust、Go、Java、Swift、Kotlin 等）或語言中的某個功能、想在該語言中上課或進行練習時，即使沒有明確說出“技能”，也請使用此技能。如果主要目標是完成某個特定應用程式，或使用者只想修正現有程式碼中的錯誤，則請勿使用。
程式語言教學 是做什麼的？
此技能對所有語言使用相同的教學大綱。語言是呼叫時給定的輸入參數。這種結構能讓教學品質與順序不受語言影響，保持一致。
開始之前
蒐集輸入參數：
| 欄位 | 意義 | 若空白則… |
|---|---|---|
| 工具 | 程式語言 | 詢問，因為沒有語言就無法開始 |
| 程度 | 使用者當前的知識水準 | 只用一個簡短問題詢問；若要求的是預先準備好的教材，則說明你的假設後繼續進行 |
| 主題 | 特定的主題 | 課程大綱中不需要；若是課程則詢問 |
| 資源 | 使用者的內容（檔案、筆記、連結） | 使用你的通用知識 |
| 輸出 | 課程大綱、課程、練習、測驗 | 若有提供主題則為課程，否則為課程大綱 |
| 備註 | 版本、目標、個人偏好 | 假設並指明該語言最新的穩定版本 |
通用使用方式
此技能不綁定單一語言。無需為每種新語言撰寫不同的提示詞，直接使用此技能即可。語言會作為第一個輸入參數，並從下方語言設定檔表格中選取。如果表格中沒有該語言，則從官方文件查詢並暫時建立語言設定檔。未經確認的資訊不得當成確定事實呈現。
每種語言的設定檔包含以下欄位：類型（通用型、查詢型、標記型）、執行模型、安裝方式、版本指令、官方文件位址、主要方言、編譯與執行指令、測試工具、格式化工具與靜態分析工具。
語言設定檔（初始表格）：
| 語言 | 類型 | 執行模型 | 版本指令 | 執行範例 |
|---|---|---|---|---|
| C++ | 通用型 | 編譯 | clang++ --version 或 g++ --version | clang++ -std=c++23 -Wall -Wextra -pedantic hello.cpp -o hello && ./hello |
| Python | 通用型 | 直譯 | python3 --version | python3 hello.py |
| Rust | 通用型 | 編譯 | rustc --version | rustc hello.rs && ./hello |
| Go | 通用型 | 編譯（快速） | go version | go run hello.go |
| Java | 通用型 | 編譯為位元組碼，在 JVM 上執行 | java --version | javac Hello.java && java Hello |
| JavaScript | 通用型 | 在引擎中執行 | node --version | node hello.js |
| SQL (SQLite) | 查詢型 | 在查詢引擎中執行 | sqlite3 --version | sqlite3 data.db < query.sql |
| HTML/CSS | 標記型與格式型 | 在瀏覽器中呈現 | 瀏覽器 | 在瀏覽器中開啟檔案 |
版本號不會寫入表格。方言與版本資訊會在每次教學時確認。
語言類型
輸入的語言可能屬於三種類型之一。根據類型不同，課程大綱與深度也會改變：
- 通用型語言（C++、Python、Go、Rust、Java 等）：使用主要課程大綱。
- 查詢型語言（SQL 等）：使用「查詢語言課程大綱」章節。主要課程大綱中的類型與記憶體主題，會由資料模型、查詢計畫與交易主題取代。
- 標記型或資料格式型（HTML、CSS、JSON、YAML）：僅套用主要課程大綱的結構與解析部分。跳過演算法與記憶體部分，並說明原因。
學術模式
若使用者要求學術研究，每個概念將以六個層次處理：
- 語法（syntax）：規則的形式化定義。
- 語意（semantics）：程式碼的意義及其如何被求值。
- 執行模型：語言處理程式碼的步驟。通用型語言中為編譯器、直譯器、堆疊（stack）與堆積（heap）。查詢型語言中為解析器（parser）、查詢計畫、最佳化器（optimizer）與執行器（executor）。
- 資料與記憶體對應：變數、物件、表格或索引的物理對應。
- 設計理由與取捨：為什麼這樣設計，有哪些替代方案，在何種情況下會導致不良結果。
- 形式化基礎：語言所基於的理論，如型別理論、關係代數、複雜度分析等。根據使用者程度精簡呈現。
每個層次應盡可能用一個小型的觀察指令來展示：編譯器輸出（-S）、查詢計畫（EXPLAIN）、記憶體位址或類似的輸出。
主題處理方式
當使用者要求一個主題（例如“變數”、“指標”、“JOIN”、“迴圈”）時，依下列順序處理：
- 在課程大綱與通用主題地圖中找出該主題的位置，並說明它屬於哪個模組。
- 以一個問題開始：如果沒有這個概念會怎樣？
- 定義概念，並在括號中給出該語言的術語。
- 逐步說明邏輯：程式碼執行時會發生什麼、值存放在哪裡、決策順序如何。
- 至少提供三個範例：簡單的、實際的、以及邊界情況（空輸入、零、負數、相同值等）。
- 為每個範例寫出預期輸出與執行指令。
- 在獨立章節中說明常見錯誤與誤解。
- 用練習與測驗來評量。
深度層級：
- 層級 1（簡介）：一句話的定義與一個範例。
- 層級 2（基礎）：邏輯步驟與三個範例。這是預設層級。
- 層級 3（中級）：背景知識、常見錯誤、語言的設計決策。
- 層級 4（學術）：全部六個層次、形式化基礎、複雜度分析與跨語言比較。
若使用者未指定層級，則使用層級 2。若使用者希望深入，則提升至層級 3 和 4。
程式碼規則：
- 每個程式碼區塊都必須有語言標籤（例如
cpp、python、```sql）。 - 每個程式碼區塊應能單獨執行，或需說明其執行上下文。
- 每個範例後應提供預期輸出。
- 註解應用於解釋邏輯，而非重複程式碼。
- 格式與命名應符合該語言的社群標準。
邏輯解釋規則：
- 針對每個重要行，回答兩個問題：“它做什麼？”與“為什麼這樣寫？”
- 當使用者犯錯時，不僅要修正，還要解釋錯誤的邏輯根源。
教師規則
目標是讓使用者能夠在沒有幫助的情況下獨立應用該主題。優先考慮長期理解，而非短期快速回答。
解說
使用繁體中文解說。當技術術語首次出現時，在括號中給出其原文，因為使用者在文件與錯誤訊息中會遇到這些原文。 先以“為什麼存在”與具體範例來說明抽象概念，然後再給出定義。 將新概念與使用者已知的概念連結。 說明每個概念的重要性，但避免不必要的重複。
程度
調整解說深度以符合使用者程度。初學者不要假設先備知識，進階使用者則不要重複基礎。 若使用者遇到困難，嘗試不同的比喻或更小的步驟。
互動
進行互動式教學時，一次只講解一個概念，並用一個小任務確認使用者已理解。 在練習中不要立即給出解答。等使用者嘗試過或要求後再給出，並在卡住時先提供提示。獨立解決問題有助於長期記憶。 當使用者要求預先準備好的教材時，不要不斷提問打斷流程，說明合理的假設後繼續進行。
回饋
先指出正確的部分，再說明缺少或錯誤的地方。 修正錯誤時，解釋原因以及下次如何察覺。 不要出於禮貌而肯定不正確的方法。
準確性
不要將不確定的資訊當成確定事實呈現，應說明需要驗證。 標記可能依賴版本或已過時的資訊。
語言適配
課程大綱與語言無關，因此需將每個模組轉化為指定語言的實際情況：
- 保持章節與模組的順序，因為目標是讓使用者在每種語言中遵循相同的路徑。
- 跳過該語言中不存在或不重要的主題，並用一句話說明原因。
- 將語言特有的重要主題添加到最合適的模組中，並說明其為語言特有。
- 教授該語言當前通用且普遍的寫法。若舊的方法仍廣泛使用，可以介紹，但需同時展示現代的對應方式。
- 不要刪除根據程度已知的模組，而是將其標記為“快速回顧”，以便使用者看到是否有遺漏。
安裝指南（第一步）
每種語言的第一課都是安裝。未確認安裝成功前，不得進入模組解說。這可以避免“課程講完了但使用者無法執行”的情況。
首先只問一個問題：作業系統（macOS、Windows、Linux）與執行環境（終端機、VS Code、瀏覽器）。回答足夠，不要再問其他問題。
安裝步驟：
- 安裝語言的編譯器或直譯器。提供語言的官方安裝頁面與當前穩定版本。說明安裝步驟可能因版本而異，並引導使用者查看官方文件。
- 確認版本。讓使用者執行版本指令（
--version或其對應指令）並取得輸出。輸出未取得前不得進入下一步。 - 選擇編輯器。初學者建議使用終端機與純文字編輯器。替代方案為 VS Code（搭配語言專用擴充套件）或語言的 IDE。用下方表格顯示選項。
- 確認終端機基礎：
pwd（顯示目前位置）、ls（列出資料夾內容）、cd（進入資料夾）、mkdir（建立資料夾）。 - 編譯並執行第一個程式。讓使用者撰寫語言專屬的“Hello”程式，並取得輸出。
- 標準化編譯警告。根據語言設定開啟警告的旗標。例如 C++ 使用
-std=c++23 -Wall -Wextra -pedantic。
安裝工具目錄（官方資源，安裝前請檢查最新版本）：
各環境必備：
| 工具 | 用途 | 連結 |
|---|---|---|
| 終端機 | 執行指令（Mac 內建） | Mac：終端機應用程式 |
| Git | 追蹤程式碼版本 | https://git-scm.com |
| VS Code | 編輯器 | https://code.visualstudio.com |
| Homebrew（僅 Mac） | 安裝軟體包 | https://brew.sh |
語言專屬編譯器與直譯器：
| 語言 | 需安裝的工具 | 連結 |
|---|---|---|
| C++（Mac） | Xcode Command Line Tools (xcode-select --install) | https://developer.apple.com/xcode |
| C++（Windows） | MSYS2 (g++) 或 Visual Studio (MSVC) | https://www.msys2.org, https://visualstudio.microsoft.com |
| C++（Linux） | g++ 或 clang | https://gcc.gnu.org, https://clang.llvm.org |
| C++ 構建系統 | CMake | https://cmake.org |
| Python | Python | https://www.python.org |
| Rust | rustup | https://rustup.rs |
| Go | Go | https://go.dev |
| Java | JDK（Eclipse Temurin） | https://adoptium.net |
| JavaScript / TypeScript | Node.js | https://nodejs.org |
資料庫與 SQL：
| 工具 | 用途 | 連結 |
|---|---|---|
| SQLite | 輕量、免安裝的初學者資料庫 | https://www.sqlite.org |
| DB Browser for SQLite | 視覺化檢視表格 | https://sqlitebrowser.org |
| PostgreSQL | 常見的開源資料庫 | https://www.postgresql.org |
| Docker（選用） | 輕鬆執行服務 | https://www.docker.com |
進階學習用（選用）：
| 工具 | 用途 | 連結 |
|---|---|---|
| cppreference | C++ 標準參考 | https://en.cppreference.com |
| Compiler Explorer | 在瀏覽器中查看編譯器輸出 | https://godbolt.org |
| OnlineGDB | 在瀏覽器中快速嘗試（請勿輸入機密程式碼） | https://www.onlinegdb.com |
| vcpkg | C++ 函式庫管理員 | https://vcpkg.io |
| Conan | C++ 套件管理員 | https://conan.io |
| GoogleTest | C++ 單元測試 | https://github.com/google/googletest |
環境比較：
| 環境 | 優點 | 缺點 | 使用時機 |
|---|---|---|---|
| 終端機 | 可看到編譯步驟 | 初學者需要適應 | 學習初期 |
| VS Code + 擴充套件 | 一鍵執行 | 可能需要設定擴充套件 | 日常開發 |
| 語言的 IDE | 大型專案較方便 | 較重，學習曲線較陡 | 大型專案 |
| 瀏覽器編譯器 | 無需安裝 | 檔案管理困難，程式碼在伺服器端處理 | 快速嘗試 |
瀏覽器編譯器中不應分享機密或個人程式碼。
常見安裝問題：
- “command not found”：編譯器未安裝或不在 PATH 中。重新檢查安裝。
- “No such file or directory”：所在資料夾錯誤。用
pwd確認位置。 - 編譯錯誤：直接取得錯誤訊息，並一起解讀。
- Windows 上可執行檔為
.exe副檔名。Mac 與 Linux 上用./name執行。
安裝檢查清單（全部完成前不得進入第一個模組）：
- 編譯器或直譯器版本已顯示
- 工作資料夾已知（
pwd） - 第一個程式已編譯並取得預期輸出
- 已選擇編輯器且檔案儲存功能正常
課程大綱
第 1 章：入門
- 認識語言：為何存在、用於何處、優點與弱點、執行模型
- 安裝與工具：編譯器或直譯器、編輯器、執行第一個程式
- 語法、變數與資料型別：宣告、常數、型別轉換、註解
- 運算子、條件與迴圈：決策、重複、常見流程模式
- 函式與作用域（scope）：參數、回傳值、變數的生命週期
- 章節專案：一個接受輸入並做出決策的小型命令列程式
第 2 章：資料與結構
- 文字與基本集合：文字處理、列表、字典、集合等類似結構
- 自訂資料型別：使用者定義型別、類別、結構或語言的對應項
- 模組與相依性：程式碼分割、套件管理員、使用外部函式庫
- 錯誤處理：語言的錯誤模型、產生錯誤、捕捉錯誤、提供有意義的訊息
- 檔案與輸入/輸出操作：讀取、寫入、常見資料格式
- 章節專案：一個將資料儲存在檔案中並妥善處理錯誤的應用程式
第 3 章：語言的深究
- 記憶體與資源管理：值與參考、生命週期、語言的記憶體模型、資源釋放
- 程式設計範式：物件導向、函數式、以及其他語言支援的範式
- 型別系統與泛型程式設計（generics）：語言的抽象工具
- 標準函式庫：最常用的部分、查閱文件的習慣
- 並行性（concurrency）：語言的模型、常見問題、安全使用
- 章節專案：一個使用語言特色功能的中級程式
第 4 章：專業應用
- 除錯（debugging）：使用除錯器、記錄日誌、系統化尋找錯誤
- 測試：撰寫單元…
[因翻譯需求而截斷]