欢迎来到“展望未来”(Thinking Ahead)！
在本章中，我们将探讨计算思维 (computational thinking) 中最重要的一环。在程序员动手编写程序之前，他们必须先进行规划。展望未来的精髓在于预视程序的发展，理清它需要什么才能启动、它将产生什么结果，以及如何提升其效率。
如果起初觉得这些概念有些抽象，别担心！其实你日常生活中已经在运用这些思维，只是自己没察觉而已。让我们深入了解吧！
1. 识别输入与输出
每个计算机程序本质上都是一个“处理机器”。它接收一些东西、进行处理，最后吐出结果。
输入 (Inputs)：这是系统解决问题所需的数据。它们可以来自用户（例如输入密码）、传感器（例如温度计）或其他文件。
输出 (Outputs)：这是系统处理完输入后，最终产生的结果或资料。
现实生活中的比喻：制作水果冰沙
想象你正在为一部果汁机“编写程序”来制作冰沙：
• 输入：香蕉、牛奶、冰块，以及按下“开始”按钮的信号。
• 处理：刀片旋转并搅碎食材。
• 输出：一杯冰凉的液体冰沙，以及完成后“哔”的一声提示。
逐步教学：如何识别输入与输出
在考试遇到问题时，试着问自己这两个问题：
1. “计算机在开始执行前需要知道什么信息？”（这就是你的输入）。
2. “用户在最后期望看到或收到什么？”（这就是你的输出）。
例子：货币转换器
• 输入：金额、当前的汇率。
• 输出：转换后的金额。
快速回顾：
• 输入 = 进入系统的资料。
• 输出 = 从系统产出的信息。
重点总结：在开端清晰地识别输入与输出，能防止你开发出的程序“忘记”索取关键信息，或是无法提供用户所需的结果。
2. 确定前置条件 (Preconditions)
前置条件是指在程序或特定函数成功执行前，必须满足的需求。如果前置条件未达到，程序可能会崩溃或产生错误的结果。
可以这样想：在开车之前，一个“前置条件”是你必须拥有车钥匙和有效的驾驶执照。如果这些条件不满足，驾驶这个“过程”就无法进行。
为什么要使用前置条件？
• 安全性：确保程序不会尝试执行不可能的任务（例如除以零）。
• 效率：如果程序知道前置条件已满足，就不必在主代码中不断浪费时间检查错误。
• 清晰度：清楚告知其他程序员，程序运作所需的基本条件。
例子：计算平方根
如果你编写了一个函数来计算数字 \( x \) 的平方根：
• 前置条件： \( x \geq 0 \)（在大多数基础编程中，你无法求负数的平方根）。
• 如果用户输入 \(-5\)，则违反了前置条件，程序应该在尝试计算之前就处理这个错误。
要避免的常见误区：不要混淆输入与前置条件。输入是你给予程序的资料；而前置条件则是该资料必须遵守的规则。
重点总结：前置条件就像一份“契约”。它们的意思是：“只要你给我正确类型的输入，我就保证给你正确的输出。”
3. 可重复使用的程序组件
在计算机科学中，我们讨厌做白工！展望未来意味着要识别出程序中未来，或在目前项目其他部分中可以再次使用的部分。
可重复使用的组件 (Reusable components) 是指设计用于许多不同程序中的代码块（例如函数、过程或库）。
重复使用的好处：
• 节省时间：你不必为常见任务（如排序列表或验证电子邮件地址）重复编写代码。
• 更容易测试：如果一个组件之前已经使用过且运作良好，你就不需要再次调试。
• 可靠性：热门的库（例如 Python 中的 math）已经过成千上万人的测试，非常可靠。
“乐高”比喻
将可重复使用的组件想象成乐高积木。你不会每次想盖城堡时都重新制作一块塑料砖；你会使用标准化的积木，因为你知道它们能完美契合。之后，你还可以用这些相同的积木来盖一艘太空船！
记忆法：重复使用的“T.E.D.”原则
可重复使用的代码应该是……
• Tested（已测试：你知道它能运作）。
• Efficient（高效率：节省编码时间）。
• Distinct（明确：它能出色地执行一个清晰的任务）。
你知道吗？现代大多数软件中，高达 70% 到 80% 的代码都是使用库中可重复使用的部分！专业的程序员很少“从零开始”。
重点总结：通过“展望未来”并建立模块化、可重复使用的代码，你会让工作变得更轻松、更快速，也更专业。
总结检查清单
在进入程序化思维 (Thinking Procedurally) 之前，请确保你能够：
• [ ] 列出简单情景（如自动取款机）的输入与输出。
• [ ] 解释什么是前置条件并举例说明。
• [ ] 解释为什么使用可重复使用的组件（库/子程序）比从零开始编写更好。
做得好！你现在已经具备计算规划者的思维了。继续加油！