[CODE] LINQ to Object - 替物件加上索引!

問題與答案 (FAQ)

Q&A 類別 A: 概念理解類

Q1: 什麼是 LINQ to Objects？

• A簡: 以查詢語法在記憶體集合(IEnumerabl​e)上做篩選、投影、群組的技術與方法。
• A詳: LINQ to Objects 是針對記憶體中實作 IEnumerable 的集合進行查詢的技術。開發者可用查詢語法或方法語法呼叫標準擴充方法（如 Where、Select、GroupBy），在不離開 C# 的情況下完成資料操作。它不涉及資料庫或外部提供者，完全在記憶體中執行，適合處理清單、陣列等物件集合的日常查詢與轉換。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q3, A-Q4, B-Q1

Q2: 什麼是替 LINQ to Objects 加上索引？

• A簡: 對集合另建快速查找結構（如 HashSet），讓 where 查詢從 O(n) 降到 O(1)。
• A詳: 在 LINQ to Objects 中，預設 Where 為線性掃描 O(n)。若建立附加索引（如用 HashSet 儲存鍵值），當查詢條件能映射到該索引（如等值搜尋）時，可改以索引直接命中，讓 Contains 等操作為 O(1)，大幅縮短查詢時間。本文透過自訂 Where 擴充方法與 HashSet 實作概念性 POC。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q9, A-Q10, B-Q1

Q3: LINQ to Objects 與 LINQ to SQL/EF 的差異是什麼？

• A簡: 前者在記憶體執行，無資料庫索引；後者會轉 SQL 利用資料庫索引與查詢最佳化。
• A詳: LINQ to Objects 在 CLR 記憶體中執行，對 IEnumerable 集合用委派逐筆篩選，無查詢規劃器與索引。LINQ to SQL/EF 則將查詢翻譯為 SQL，交由資料庫使用 B-Tree 等索引、統計資訊與最佳化器執行。故相同 where 等值查詢，在資料庫可靠索引快取命中，在物件集合需自行額外建索引才能加速。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q2, B-Q2, B-Q22

Q4: 什麼是擴充方法（extension method）？

• A簡: 以靜態方法擴充現有型別新成員，透過 this 參數對象呼叫如同實例方法。
• A詳: 擴充方法是 C# 語言特性，允許在不修改原型別的情況下，為其新增可見如同實例方法的功能。方法定義為靜態，首個參數以 this 修飾表示被擴充型別。LINQ 大量使用擴充方法（如 Enumerable.Where）。本文也自訂 IndexedList 的 Where 擴充方法攔截查詢。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q1, B-Q14, C-Q2

Q5: 什麼是 Expression Tree（運算式樹）？

• A簡: 以物件樹表示 Lambda 的語法結構，使程式能解析與轉譯查詢。
• A詳: Expression 將 Lambda 表示成樹狀節點（如 BinaryExpression、ConstantExpression），可於執行期檢視 NodeType、左右子節點等，進而解構查詢條件。IQueryable 族群仰賴它將查詢轉譯為 SQL 等。本文用它辨識 where x == "常數" 的等值運算以使用索引。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, B-Q4, C-Q9

Q6: 什麼是 POC（Proof of Concept）？

• A簡: 用最小實作驗證想法可行性的原型，非完整可用產品。
• A詳: POC 是針對技術可行性的小型實驗，目標是證明概念能運作，不追求完整性、泛用性與健壯性。本文的 IndexedList、簡化 Where 與 HashSet 索引，即為驗證「LINQ to Objects 可用索引加速」的 POC，限制僅支援字串等值查詢與重建索引。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q11, A-Q25, C-Q1

Q7: 什麼是 Embedded SQL？與 LINQ 有何相似？

• A簡: 將 SQL 內嵌於程式語言，經前置處理成資料存取碼；與 LINQ 一樣內嵌查詢。
• A詳: Embedded SQL 是早期將 SQL 直接嵌入 C/C++ 程式碼，再由前置器轉成 API 呼叫的作法。LINQ 也以語言內建查詢表達式，但由編譯器轉為方法鏈或表達式樹。兩者精神相似：用語言本身撰寫查詢，交由工具轉譯成底層存取邏輯。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q1, B-Q2

Q8: 為什麼需要在 LINQ to Objects 中加索引？

• A簡: 大量資料下線性掃描昂貴，等值查詢以索引可極大幅降低時間複雜度。
• A詳: 預設 Where 逐筆判斷，時間複雜度 O(n)。在百萬級資料、多次相同條件查詢下成本很高。建立索引（如 HashSet 或 Dictionary）可讓等值條件 O(1) 命中，將大量多次查詢的總時間顯著降低，尤其當重複查詢遠多於建索引一次的成本時。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q10, B-Q10, B-Q11

Q9: 什麼是 HashSet？為何適合本例索引？

• A簡: 不重複集合，Contains 為均攤 O(1)；本例等值查找恰可直接命中。
• A詳: HashSet 儲存唯一元素，採雜湊桶配置，新增、查找在均攤情況下 O(1)。本文查詢只需判定「某字串是否存在」，無需額外關聯資料，因此 HashSet 足以作為索引。若需將鍵映射到物件集合，則 Dictionary<TKey, List> 更合適。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: A-Q24, B-Q18, C-Q5

Q10: HashSet.Contains 與 List.Contains 的複雜度差異？

• A簡: HashSet.Contains 均攤 O(1)，List.Contains 需線性 O(n)，資料越大差越明顯。
• A詳: List.Contains 需要從頭到尾逐一比對，最壞 O(n)；HashSet.Contains 透過雜湊定位桶位再比對，平均 O(1)，最壞 O(n) 多見於碰撞極端。對百萬級集合，兩者效能差距巨大，本文量測亦從毫秒等級對比數秒等級。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q10, B-Q18, D-Q5

Q11: 本 POC 的限制有哪些？

• A簡: 僅支援 List、等值運算、常數在右、需手動重建索引。
• A詳: 為求簡短，POC 限定：目標型別為 List 衍生、僅支援 where x == "常數"、常數必須在等號右側、不處理排序與範圍查詢、索引以 HashSet 表示且需手動 ReIndex、對集合變動無自動維護、未廣泛處理文化比較與容錯。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q19, C-Q7, D-Q3

Q12: 自訂 Where 的核心想法是什麼？

• A簡: 以型別特化擴充方法攔截查詢，解析運算式決定走索引或回退。
• A詳: 針對 IndexedList 宣告簽名為 Where(this IndexedList, Expression<Func<string,bool»)，讓查詢表達式在轉譯時優先綁定到此方法。方法內檢視運算式樹，若符合等值常數模式則用 HashSet 命中，否則回退到預設 Enumerable.Where 執行。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q1, B-Q6, C-Q10

Q13: 查詢語法與方法語法的關係？

• A簡: 查詢語法會被編譯器轉為一連串方法呼叫（如 Where、Select）。
• A詳: C# 查詢運算式（from…where…select）於編譯時被轉譯為對應方法語法。例如 from x in s where p(x) select x 會轉為 s.Where(p)。只要作用域中存在可解析的 Where 符號（實例或擴充），就會被挑選。本文即利用此規則讓 IndexedList 的 Where 被呼叫。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q2, B-Q14, C-Q2

Q14: LINQ to Objects 與 IQueryable 的表達式差異？

• A簡: 前者多用 Func 委派即時執行；後者用 Expression 供翻譯延遲執行。
• A詳: IEnumerable 的常見 Where 簽名接收 Func<T,bool>，屬即時執行；IQueryable 的 Where 接收 Expression<Func<T,bool>>，保留語法結構供提供者翻譯。本文自訂 Where 以 Expression 接參，讓非 IQueryable 的自訂集合也能取得運算式樹以解析。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, B-Q14, C-Q10

Q15: 何時值得建立索引？核心價值為何？

• A簡: 當資料量大且查詢多次重複時，索引以一次成本換取多次快取。
• A詳: 索引建置具額外時間與記憶體成本。當集合穩定或查詢次數多、條件可映射至索引（等值、可雜湊）時，索引能將總成本顯著降低；反之資料少或查詢很少時，線性掃描較划算。核心價值在「以空間換時間」與「可預測低延遲」。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q10, B-Q11, D-Q4

Q16: i4o 是什麼？與本文 POC 的關係？

• A簡: i4o 是物件索引開源庫，提供泛型化、可用的 LINQ 索引方案。
• A詳: i4o（index for objects）是開源套件，提供宣告式的索引指定與泛型化支援，能在 LINQ to Objects 中用索引加速查詢。本文 POC 僅為概念驗證，建議實務上採用 i4o 等成熟工具以獲得更完整的功能如多欄位索引與自動維護。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: C-Q6, A-Q11, B-Q23

Q&A 類別 B: 技術原理類

Q1: 自訂 Where 擴充方法如何攔截 LINQ 查詢？

• A簡: 透過型別特化與方法簽名，讓查詢轉譯時優先綁定到自訂方法。
• A詳: 查詢表達式會轉 s.Where(lambda)。編譯器套用過載解析，若有比 Enumerable.Where 更特化的擴充方法（如 this IndexedList 而非 IEnumerable），則選用該方法。本文宣告 Where(this IndexedList, Expression<Func<string,bool») 即可攔截 IndexedList 的 where 子句，再於方法內決定走索引或回退。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q12, A-Q13, B-Q14

Q2: 查詢轉譯到方法呼叫的執行流程為何？

• A簡: 查詢語法編譯→過載解析→呼叫 Where/Select →執行或延遲執行。
• A詳: C# 先將查詢式轉方法語法（Where、Select…），再依在地可見的方法進行過載解析，選出最佳匹配。若是 IEnumerable 族群，多為立即評估委派；若接 Expression，通常延遲評估，由提供者翻譯。本文在 IEnumerable 上自訂 Expression 簽名，於執行期檢視運算式樹做最佳化或回退。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q13, A-Q14, B-Q1

Q3: 如何利用 Expression.CanReduce 與 NodeType 判斷可用索引？

• A簡: 檢查節點為二元等號（Equal），且結構可直接解析為等值比對。
• A詳: 運算式樹的 Body 若為 BinaryExpression 且 NodeType == Equal，表示等值比較。再檢查左右子節點型別（如左為參數、右為常數）以確認可映射至索引。CanReduce 通常用於簡化樹，但此處重點在 NodeType 與節點型別判斷，判定成功才走 HashSet 以 O(1) 命中。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q5, B-Q4, C-Q9

Q4: 如何從 BinaryExpression 取出右側常數值？

• A簡: 轉型為 BinaryExpression，Right 轉 ConstantExpression 取 Value。
• A詳: 假設 where 條件為 x == “123”，則 expr.Body 為 BinaryExpression。可寫 var bin=(BinaryExpression)expr.Body; var constExpr=(ConstantExpression)bin.Right; string expected=(string)constExpr.Value; 取得右側常數字串，供 HashSet.Contains 查找。需先檢查節點型別確保安全轉型。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, C-Q2, C-Q9

Q5: 運算式樹中等值比較的結構是什麼？

• A簡: 一個 BinaryExpression(Equal)，左右分別為成員/參數與常數節點。
• A詳: 對於 x == “abc”，樹為 BinaryExpression NodeType=Equal。Left 通常是 ParameterExpression 或 MemberExpression（若 x.Property），Right 為 ConstantExpression（字串常數）。解析時需容許左右互換情形，並處理轉型節點（Convert）。符合此模式即可使用索引加速。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, D-Q6, C-Q9

Q6: 若條件不符合索引模式，如何回退至預設 Where？

• A簡: 將 Expression.Compile 為委派，呼叫 Enumerable.Where 逐筆篩選。
• A詳: 當無法用索引（非等值、複合條件等）時，應回退至預設行為。作法：var pred=expr.Compile(); return Enumerable.Where(context, pred); 切勿呼叫自身擴充方法以免遞迴。這樣可保持語意正確與相容性，僅在可用索引時優化。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: C-Q10, D-Q2, A-Q12

Q7: 索引重建（ReIndex）的流程是什麼？

• A簡: 遍歷集合，將每個元素加入 HashSet，形成快速查找集。
• A詳: ReIndex 會清空並重新填入 HashSet：foreach(var v in this) _index.Add(v);。對百萬級資料，此步驟 O(n)。適合在資料初始化或批次變更後一次性重建，再搭配多次等值查詢攤提成本。若集合常變動，需考慮增量維護。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: C-Q1, C-Q7, B-Q10

Q8: 測試資料與亂序的生成機制？

• A簡: 先產出遞增序列，再以 orderby rnd.Next() 打亂後建立集合。
• A詳: 範例用 SeqGenerator 產生 0..n-1 的字串序列，再以 LINQ 的 orderby rnd.Next() 隨機重新排序輸出。此作法直觀但涉及排序 O(n log n)，對超大資料會較慢。替代可用 Fisher-Yates 洗牌線性打亂效率更高。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: D-Q8, C-Q3

Q9: 如何用 Stopwatch 正確量測效能？

• A簡: 使用 Restart/Elapsed，並注意 JIT/GC 影響，先暖身再量測。
• A詳: 使用 Stopwatch timer.Restart() 開始計時，以 Elapsed 取得時間。為降低 JIT 與 GC 干擾，可先做暖身呼叫、固定亂數種子、避免 I/O。量測多次取中位數較穩定。本文分別對重建索引與多次查詢分開計時。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: C-Q3, D-Q7

Q10: 建索引與查詢的時間複雜度如何分析？

• A簡: 建索引 O(n)；每次等值查詢 O(1)；線性掃描每次 O(n)。
• A詳: 以 n 筆資料、m 次查詢，無索引總成本約 O(mn)；有索引成本 O(n) 建置 + O(m) 查詢。當 m 遠大於 1，索引能顯著降低總成本。此模型亦提醒：若 m 很小或 n 很小，索引優勢不明顯，應視情境決策。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q8, A-Q15, D-Q4

Q11: 為何多次查詢時索引更划算？

• A簡: 將一次性的 O(n) 成本攤提到 m 次 O(1) 查詢上，平均成本低。
• A詳: 重複查相同或相似條件時，建索引能避免每次 O(n) 掃描，將總工作量由 mn 降到 n+m。若每次查詢都不同但可映射索引（等值鍵不同），索引仍有效；若條件無法用索引，則回退掃描不會有損失但也無增益。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q10, A-Q8, A-Q15

Q12: 集合變動後索引失效的原因與風險？

• A簡: HashSet 未隨 List 同步更新，資料不一致導致漏查或誤判。
• A詳: 若在 ReIndex 後向 List 新增或移除元素而未同步更新 HashSet，Contains 結果就與真實集合不一致，可能漏回或回傳不存在的值（取決於邏輯）。因此需增量維護索引（於 Add/Remove 同步更新）或每次變更後重建，並提供一致性策略。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: C-Q7, D-Q3, A-Q11

Q13: Expression<Func<T,bool» 與 Func<T,bool> 在過載解析的影響？

• A簡: 兩者皆可由 lambda 轉換；更特化的 this 目標型別將被優先選用。
• A詳: 對相同方法名，若存在 this IndexedList + Expression 與 Enumerable + Func 兩種擴充，編譯器會偏好 this 型別更特化的候選。lambda 同時可轉 Func 與 Expression，最終選擇會由過載決策規則與參數最佳匹配決定。本文即利用此特性攔截查詢。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q1, A-Q14, D-Q1

Q14: 如何避免自訂 Where 的遞迴呼叫陷阱？

• A簡: 回退時明確呼叫 Enumerable.Where 並用 expr.Compile()。
• A詳: 若在自訂 Where 內部以 context.Where(expr) 回呼，會再次選到自身擴充導致無限遞迴。正確作法是：var pred=expr.Compile(); foreach (var v in Enumerable.Where(context, pred)) yield return v; 也可擴寫為 return Enumerable.Where(context, pred); 以確保回到標準實作。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, D-Q2, C-Q10

Q&A 類別 C: 實作應用類（10題）

Q1: 如何實作最小可行的 IndexedList 與 ReIndex？

• A簡: 繼承 List 並內含 HashSet，提供 ReIndex 以重建索引。
• A詳:
  • 實作步驟:
    • 建類別 public class IndexedList: List { readonly HashSet _index = new(...); public void ReIndex(){ _index.Clear(); foreach(var v in this) _index.Add(v);} }
  • 程式碼:
    • public readonly HashSet _index = new HashSet();
  • 注意: 須在查詢前呼叫 ReIndex；大量資料可預估容量 new HashSet(capacity)。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q7, A-Q9, A-Q11

Q2: 如何自訂 Where 擴充方法以攔截查詢？

• A簡: 針對 IndexedList 宣告 Where(IndexedList, Expression<Func<string,bool»)。
• A詳:
  • 步驟:
    • 建立靜態類別，宣告 public static IEnumerable Where(this IndexedList src, Expression<Func<string,bool>> expr)。
    • 解析 expr，等值時用 src._index.Contains 命中。
  • 片段:
    • if (expr.Body is BinaryExpression b && b.NodeType==ExpressionType.Equal) { var val=(string)((ConstantExpression)b.Right).Value; if (src._index.Contains(val)) yield return val; }
  • 注意: 非等值須回退預設 Where（見 C-Q10）。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: A-Q12, B-Q1, B-Q4

Q3: 如何撰寫效能量測程式？

• A簡: 使用 Stopwatch 計時 ReIndex 與多次查詢，避免 I/O 干擾。
• A詳:
  • 步驟:
    • var sw=new Stopwatch(); sw.Restart(); list.ReIndex(); Console.WriteLine(sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
    • sw.Restart(); 執行多次查詢；輸出時間。
  • 程式碼: Console.WriteLine($”Query time: {sw.Elapsed.TotalMilliseconds:0.00} msec”);
  • 注意: 先暖身一次；避免 Console I/O 影響測量，可先收集結果再輸出。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q9, D-Q7, A-Q10

Q4: 如何用等值查詢觸發索引？

• A簡: 使用 from x in list where x == “常數” select x，保證常數在右側。
• A詳:
  • 步驟: 準備 IndexedList 並 ReIndex；撰寫查詢：var q=from x in list where x==”888365” select x; foreach(var v in q) Console.WriteLine(v);
  • 關鍵: 運算式樹解析假設 BinaryExpression 右側為 ConstantExpression。
  • 注意: 若常數在左側，需在解析邏輯加入左右對調處理（見 D-Q6）。
• 難度: 初級
• 學習階段: 基礎
• 關聯概念: B-Q3, B-Q5, D-Q6

Q5: 如何改為大小寫不敏感的索引？

• A簡: 以 StringComparer.OrdinalIgnoreCase 建立 HashSet 與查找。
• A詳:
  • 步驟: new HashSet(StringComparer.OrdinalIgnoreCase)；ReIndex 時加入元素。
  • 程式碼: public readonly HashSet _index = new(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
  • 注意: 查詢時也要確保比較邏輯一致；文化敏感性請選用適合 Comparer。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q18, D-Q9, A-Q9

Q6: 如何整合 i4o 至專案以獲得泛型索引？

• A簡: 透過 i4o 定義 IndexSpecification，為類別屬性宣告索引並查詢。
• A詳:
  • 步驟: 參考 i4o 套件；為類型宣告索引屬性；於集合上建立索引；以 LINQ 查詢。
  • 片段: var idx=people.ToIndexedCollection(p=>p.Id); var r=idx.Where(p=>p.Id==123);
  • 注意: 依官方文件操作版本相容性；可支援多索引與泛型鍵。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: A-Q16, B-Q23, A-Q15

Q7: 如何在新增/刪除項目時增量維護索引？

• A簡: 覆寫 Add/Remove 並同步更新 HashSet，確保索引一致。
• A詳:
  • 步驟: 在 IndexedList 覆寫 Insert/RemoveAt/Clear，於基底呼叫前後更新 _index。
  • 片段: public new void Add(string v){ base.Add(v); _index.Add(v);} public new bool Remove(string v){ var ok=base.Remove(v); if(ok) _index.Remove(v); return ok;}
  • 注意: 需處理批次操作與 Clear；確保執行緒安全（見 D-Q3）。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q12, D-Q3, A-Q11

Q8: 如何支援多重索引鍵？

• A簡: 維護多個 HashSet/Dictionary，依不同鍵選用對應索引。
• A詳:
  • 步驟: 準備 Dictionary<string, HashSet> indexMap；或對物件用 Dictionary<TKey, List>。
  • 程式碼: private readonly Dictionary<string, HashSet> _indexes=new();
  • 注意: 運算式樹需解析出對應屬性才能選擇索引；管理一致性與記憶體成本。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q21, B-Q19, A-Q24

Q9: 如何偵錯與檢視運算式樹內容？

• A簡: 列印 expr.Body 類型與子節點資訊，協助判斷匹配模式。
• A詳:
  • 步驟: 在 Where 中輸出 expr.Body.NodeType、左右子節點 Type/ToString()。
  • 片段: var b=(BinaryExpression)expr.Body; Debug.WriteLine($”{b.Left} == {b.Right}”);
  • 注意: 需處理 Convert 節點包裝；複合條件可遞迴走訪運算式樹（Visit 模式）。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q3, B-Q5, D-Q6

Q10: 非等值條件如何安全回退標準實作？

• A簡: 將 expr.Compile() 後呼叫 Enumerable.Where，避免遞迴。
• A詳:
  • 步驟: if (!canUseIndex){ var pred=expr.Compile(); foreach (var v in Enumerable.Where(src, pred)) yield return v; yield break; }
  • 片段: return Enumerable.Where(src, expr.Compile());
  • 注意: 明確指定 System.Linq.Enumerable 命名空間；避免呼叫 context.Where 再次進入自訂方法。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, B-Q14, D-Q2

Q&A 類別 D: 問題解決類（10題）

Q1: 自訂 Where 沒有被呼叫，查詢仍走預設 Enumerable.Where？

• A簡: 可能方法簽名或命名空間不符、過載解析未選中特化型別。
• A詳:
  • 症狀: 查詢語法未觸發自訂紀錄或效能無改善。
  • 原因: 擴充方法未在可見命名空間、this 參數型別不匹配（非 IndexedList）、簽名不符（參數非 Expression）。
  • 解法: 引入 using 靜態類別所在命名空間；確認查詢來源型別為 IndexedList；簽名精確。
  • 預防: 撰寫單元測試驗證方法繫結；避免名稱衝突。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q1, B-Q13, C-Q2

Q2: Where 回退時發生無限遞迴或 StackOverflow？

• A簡: 內部誤呼叫自身擴充方法；應改呼叫 Enumerable.Where。
• A詳:
  • 症狀: 執行即崩潰或 CPU 100%。
  • 原因: 在 else 區塊以 context.Where(expr) 回呼再度選到自身。
  • 解法: 使用 expr.Compile() 並呼叫 System.Linq.Enumerable.Where(context, pred)。
  • 預防: 始終明確指定回退目標；加入守衛條件與測試。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q6, B-Q14, C-Q10

Q3: ReIndex 後修改集合，查詢結果不正確？

• A簡: 索引未同步維護，導致資料與索引不一致。
• A詳:
  • 症狀: 新增元素查不到、已刪元素仍被回傳。
  • 原因: HashSet 與 List 未一起更新。
  • 解法: 覆寫增刪方法同步更新；或每次批次變更後 ReIndex。
  • 預防: 建立一致性規約；必要時加入版本戳檢查強制重建。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q12, C-Q7, A-Q11

Q4: 為何加索引後反而變慢？

• A簡: 資料量或查詢次數不足以攤提建索引成本，或查詢無法用索引。
• A詳:
  • 症狀: 總時間增加。
  • 原因: n 小、m 小、查詢為非等值、建索引耗時與記憶體壓力。
  • 解法: 量測 n、m 與命中率；僅對熱路徑建立索引；延遲或條件式建索引。
  • 預防: 以資料驅動決策；建立效能門檻與開關。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q10, B-Q11, A-Q15

Q5: Hash 碰撞或比較器不當造成效能退化？

• A簡: 雜湊品質差或文化比較誤用，導致桶位集中或多餘成本。
• A詳:
  • 症狀: Contains 明顯變慢。
  • 原因: 自訂或文化敏感比較器導致碰撞；不當 Equals/HashCode。
  • 解法: 使用適當比較器（如 Ordinal/IgnoreCase）；檢查鍵分布；必要時換資料結構。
  • 預防: 以分布測試與分析工具驗證。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q18, C-Q5, A-Q10

Q6: 常數在左邊或複合條件導致索引判斷失敗？

• A簡: 需擴充解析邏輯處理左右互換與 AndAlso 拆解。
• A詳:
  • 症狀: where “x” == item 或多條件 AND 時未走索引。
  • 原因: 僅判斷右側 ConstantExpression。
  • 解法: 偵測左右兩側皆可；對 AndAlso 遞迴拆解，若任一等值鍵可索引則部分優化。
  • 預防: 寫完整的 Expression Visitor；建立單元測試覆蓋型態。
• 難度: 高級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: B-Q5, C-Q9, A-Q11

Q7: 量測結果忽快忽慢，無法穩定重現？

• A簡: 可能受 JIT、GC、I/O 影響，需暖身與隔離外部因素。
• A詳:
  • 症狀: 每次執行時間差異大。
  • 原因: JIT 首次編譯、GC 暫停、Console I/O 耗時、背景程式。
  • 解法: 預熱、固定資料、關閉輸出、重複多次取中位數。
  • 預防: 使用 Benchmark 工具或自建嚴謹量測框架。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q9, C-Q3

Q8: 用 orderby rnd.Next() 打亂序列很慢怎麼辦？

• A簡: 改用 Fisher-Yates 洗牌，可線性時間打亂列表。
• A詳:
  • 症狀: 亂序步驟耗時。
  • 原因: 排序演算法 O(n log n)。
  • 解法: 實作 Fisher-Yates：從尾到頭交換隨機索引。
  • 預防: 大資料集避免以排序模擬隨機；封裝為工具方法重用。
• 難度: 初級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: B-Q8, C-Q3

Q9: 文化差異導致字串匹配失準？

• A簡: 預設比較可能文化敏感，應明確指定 StringComparer。
• A詳:
  • 症狀: 某些文化下大小寫或等值判斷不一致。
  • 原因: 預設比較受文化影響。
  • 解法: 用 StringComparer.Ordinal 或 OrdinalIgnoreCase 建立 HashSet。
  • 預防: 對外部輸入資料標準化；明確比較策略。
• 難度: 中級
• 學習階段: 核心
• 關聯概念: C-Q5, B-Q18, A-Q9

Q10: 整合 i4o 出現建置或相容性問題？

• A簡: 版本不符或相依缺失，依官方文件設定目標框架與引用。
• A詳:
  • 症狀: 編譯錯誤、NuGet 相依衝突。
  • 原因: 目標框架不支援、舊版 API 不相容、缺少初始化步驟。
  • 解法: 依 i4o 文件設定；檢查 .NET 版本；更新相依套件；跑官方範例確認環境。
  • 預防: 在隔離分支嘗試；以小型專案先驗證整合流程。
• 難度: 中級
• 學習階段: 進階
• 關聯概念: C-Q6, A-Q16

學習路徑索引

• 初學者：建議先學習哪 15 題
  • A-Q1: 什麼是 LINQ to Objects？
  • A-Q3: LINQ to Objects 與 LINQ to SQL/EF 的差異是什麼？
  • A-Q4: 什麼是擴充方法（extension method）？
  • A-Q5: 什麼是 Expression Tree（運算式樹）？
  • A-Q6: 什麼是 POC（Proof of Concept）？
  • A-Q7: 什麼是 Embedded SQL？與 LINQ 有何相似？
  • A-Q8: 為什麼需要在 LINQ to Objects 中加索引？
  • A-Q9: 什麼是 HashSet？為何適合本例索引？
  • A-Q10: HashSet.Contains 與 List.Contains 的複雜度差異？
  • A-Q11: 本 POC 的限制有哪些？
  • A-Q13: 查詢語法與方法語法的關係？
  • B-Q7: 索引重建（ReIndex）的流程是什麼？
  • B-Q9: 如何用 Stopwatch 正確量測效能？
  • C-Q1: 如何實作最小可行的 IndexedList 與 ReIndex？
  • C-Q3: 如何撰寫效能量測程式？
• 中級者：建議學習哪 20 題
  • A-Q12: 自訂 Where 的核心想法是什麼？
  • A-Q14: LINQ to Objects 與 IQueryable 的表達式差異？
  • A-Q15: 何時值得建立索引？核心價值為何？
  • B-Q1: 自訂 Where 擴充方法如何攔截 LINQ 查詢？
  • B-Q2: 查詢轉譯到方法呼叫的執行流程為何？
  • B-Q3: 如何利用 Expression.CanReduce 與 NodeType 判斷可用索引？
  • B-Q4: 如何從 BinaryExpression 取出右側常數值？
  • B-Q5: 運算式樹中等值比較的結構是什麼？
  • B-Q6: 若條件不符合索引模式，如何回退至預設 Where？
  • B-Q10: 建索引與查詢的時間複雜度如何分析？
  • B-Q11: 為何多次查詢時索引更划算？
  • B-Q12: 集合變動後索引失效的原因與風險？
  • B-Q13: Expression 與 Func 在過載解析的影響？
  • B-Q14: 如何避免自訂 Where 的遞迴呼叫陷阱？
  • C-Q2: 如何自訂 Where 擴充方法以攔截查詢？
  • C-Q4: 如何用等值查詢觸發索引？
  • C-Q5: 如何改為大小寫不敏感的索引？
  • C-Q7: 如何在新增/刪除項目時增量維護索引？
  • D-Q1: 自訂 Where 沒有被呼叫，查詢仍走預設 Enumerable.Where？
  • D-Q2: Where 回退時發生無限遞迴或 StackOverflow？
• 高級者：建議關注哪 15 題
  • B-Q13: Expression<Func<T,bool» 與 Func<T,bool> 在過載解析的影響？
  • D-Q6: 常數在左邊或複合條件導致索引判斷失敗？
  • C-Q8: 如何支援多重索引鍵？
  • B-Q18: HashSet 設計與比較器對效能的影響（見 C-Q5/D-Q9 對應）
  • A-Q24: HashSet 與 Dictionary 作為索引的差異？
  • B-Q19: 限制於等值查詢的結構性原因與擴展方向
  • B-Q21: 建構「索引化集合」的架構設計重點
  • B-Q22: 物件層級索引與資料庫索引的語意差異
  • C-Q9: 如何偵錯與檢視運算式樹內容？
  • D-Q5: Hash 碰撞或比較器不當造成效能退化？
  • D-Q4: 為何加索引後反而變慢？
  • D-Q8: 用 orderby rnd.Next() 打亂序列很慢怎麼辦？
  • C-Q6: 如何整合 i4o 至專案以獲得泛型索引？
  • D-Q10: 整合 i4o 出現建置或相容性問題？
  • A-Q16: i4o 是什麼？與本文 POC 的關係？

說明：

• 本 FAQ 依概念→原理→實作→除錯遞進安排，並以關聯編號串連知識點。
• 若需更泛用的生產方案，建議直接評估 i4o 或等效工具。