歡迎來到模組化程式編寫：程序與函數！
你有沒有試過用樂高積木（Lego）砌一座巨大又複雜的城堡？如果你嘗試用一整塊完整的塑膠直接雕刻出整座城堡，萬一做錯了，就很難修改或修理。相反，我們會用一粒粒較小、獨立的積木把它們拼砌在一起。要是其中一粒積木顏色錯了，你只需更換那一粒就可以了！
編寫電腦程式的原理也是完全一樣的。程式員不會一口氣寫出數千行冗長又混亂的程式碼，而是會將程式碼拆解成較小、可重複使用且易於處理的模組。這就叫做模組化程式編寫（Modular Programming）。
如果一開始覺得有點陌生或困難，千萬不用擔心！讀完這份學習筆記後，你就能掌握如何將問題拆解，並學會使用程序（Procedures）和函數（Functions）來建立屬於你自己的迷你可重用程式。
---1. 甚麼是模組化程式編寫？
模組化程式編寫是一種軟件設計技術，它將一個大型電腦程式拆分成較小、獨立且易於管理的區塊，這些區塊稱為模組（Modules）或子程序（Subroutines）。
子程序是一段擁有特定名稱、獨立且用於執行特定工作的程式碼區塊。子程序一旦寫好，你就可以在主程式的任何地方隨時執行（或稱「呼叫 / Call」）它。
為甚麼我們要使用模組化程式編寫？
將程式拆解成子程序，能為程式員帶來四大超能力：
• 問題分解（Decomposition）：這代表將一個龐大複雜的問題拆解成較小、更容易解決的細小部分。編寫和解決五個小任務，比起一口氣解決一個巨大的難題容易得多。
• 程式碼重用性（Code Reusability）：子程序只需編寫一次，便能重複使用多次。你不需要浪費時間把相同的程式碼重複輸入十次！
• 易於維護與除錯（Maintainability and Debugging）：如果程式碼出現 Bug（錯誤），模組化程式編寫能讓你輕鬆找出並修正問題。你只需測試該特定子程序，而不需要在數千行程式碼中大海撈針。
• 抽象化（Abstraction）：主程式只需要知道該子程序的作用以及如何呼叫它，完全不需要理會子程序內部的複雜運作細節。
重點提示：子程序就像程式的積木一樣。它們能幫你節省時間、避免重複編寫相同的程式碼，並讓除錯變得更輕鬆。
---2. 兩大類子程序：程序 vs 函數
你需要認識兩大類子程序：程序（Procedures）和函數（Functions）。它們之間的分別，主要在於完成工作後會否「交回結果」！
A. 程序（Procedures）
程序是執行一系列指令來完成特定動作的子程序，但它不會傳回任何數值給呼叫它的那行程式碼。
生活化比喻：想像一下按按鈕開燈。開關執行了動作（燈開了），但開關並不會遞回一個計算好的數字或物件給你。
B. 函數（Functions）
函數是執行指令、計算出答案，並將單一數值傳回給呼叫它的程式碼的子程序（使用 return 關鍵字）。
生活化比喻：想像在計算機輸入 \(7 \times 8\) 然後按下等號。計算機會接收數字、算出答案，並將數值 \(56\) 直接傳回到螢幕上，讓你可以用這個結果繼續進行下一個計算。
快速比較：
• 程序（Procedure）：執行動作。不會向程式傳回任何數值。
• 函數（Function）：進行計算或處理。會使用 return 陳述式向程式傳回一個數值。
重點提示：如果子程序會將數值交回給程式儲存到變數中，它就是函數。如果它只是單純執行動作而不傳回數值，它就是程序。
---3. 子程序的結構：定義與呼叫
在像 Python 這樣的文字式程式語言中使用子程序，必須遵循兩個明確步驟：
1. 定義（Define）（編寫子程序的指令內容）。
2. 呼叫（Call）（指示電腦實際執行這些指令）。
步驟 1：定義子程序
在 Python 中，我們使用特別關鍵字 def（即 define 的縮寫），後面加上子程序的名稱、括號 () 和冒號 :。屬於該子程序的所有程式碼都必須向內縮排（Indented）。
定義程序的範例：
def say_hello():
print("Hello! Welcome to programming.")
步驟 2：呼叫子程序
單單編寫 `def say_hello():` 只是寫好了食譜——它並不會替你煮出美食！要真正執行子程序內的程式碼，你必須輸入它的名稱連同括號來呼叫它：
呼叫程序：
say_hello()
4. 參數與引數（傳入數據）
當你可以將數據傳入子程序進行處理時，子程序的功能就會變得更加強大。這就是參數（Parameters）與引數（Arguments）派上用場的時候。
參數（佔位符 / Placeholders）
參數是列在子程序定義標頭內的特殊變數。它就像一個空的佔位符，等待接收傳入的數值。
引數（實際數值 / Actual Values）
引數是在呼叫子程序時，實際傳入其中的真實數值、變數或數據。
記憶小技巧：
• Parameter（參數）= Placeholder（在 `def` 行定義的佔位符）。
• Argument（引數）= Actual value（在呼叫時傳入的實際數值）。
綜合應用：逐步拆解函數範例
讓我們來看一個計算矩形面積的函數：
程式碼：
def calculate_area(width, height):
area = width * height
return area
# 呼叫函數並儲存傳回的數值：
room_area = calculate_area(5, 10)
print(room_area)
背後運作流程：
1. `width` 和 `height` 是參數（定義中的佔位符）。
2. 我們用 `5` 和 `10` 來呼叫函數。這兩個數值就是引數（實際數值）。
3. 函數計算面積：\(5 \times 10 = 50\)。
4. return 關鍵字將數值 \(50\) 傳送回去。
5. 變數 `room_area` 接收了傳回的數值，並把 \(50\) 儲存起來！
重點提示：參數是 `def` 標頭中的佔位符；引數則是呼叫子程序時傳送進去的真實數值。
---5. 變數作用域：局部變數 vs 全域變數
當你在程式中建立變數時，變數在哪裡能被讀取和使用？這就稱為作用域（Scope）。
局部變數（Local Variables）
局部變數是在子程序內部建立的。它的作用域僅限於該特定子程序。
• 它在子程序開始執行時產生。
• 當子程序執行完畢後就會立即銷毀。
• 它不能在該子程序以外的主程式中被存取或使用！
生活化比喻：想像局部變數就像你私人筆袋裏的文具。只有當你坐在自己的座位上時，才可以伸手拿那支鉛筆使用；其他課室的同學是看不到也用不到的。
全域變數（Global Variables）
全域變數是在程式的主體部分（即任何子程序之外）宣告的。
• 通常在整個程式檔案的任何位置都可以讀取和存取它。
生活化比喻：想像全域變數就像學校走廊牆上的掛鐘。任何課室裏的任何人都可以抬頭查看時間。
重點提示：局部變數只屬於建立它的子程序；全域變數則存在於整個程式中。
---6. 常見錯誤大避忌
就算是經驗豐富的程式員有時也會犯錯！初學者要特別留意以下幾個常見陷阱：
• 陷阱 1：混淆 `print()` 與 `return`
錯誤觀念：以為 `print()` 會將數值傳回給程式。
修正方法：`print()` 只是在螢幕上顯示文字供人類閱讀。電腦程式本身無法將僅僅印出的內容儲存或用作進一步計算。要將數據傳回記憶體以便用變數儲存，你必須使用 return！
• 陷阱 2：定義了子程序卻忘記呼叫
錯誤觀念：寫好了 `def` 區塊，按執行後卻奇怪為甚麼甚麼事都沒發生。
修正方法：子程序會一直靜止待命，直到你明確使用它的名稱連同括號來呼叫它（例如 `my_subroutine()`）為止。
• 陷阱 3：嘗試在子程序外部存取局部變數
錯誤觀念：在主程式中寫了 `print(total)`，但 `total` 實際上是在函數內部建立的。
修正方法：電腦會發出「變數未定義（variable not defined）」的錯誤訊息，因為局部變數在子程序結束時就消失了。請改用 `return` 將數值傳送出來！
7. 本章快速溫習
試用以下重點檢測自己的理解：
• 模組化程式編寫（Modular Programming）：將程式碼拆分成較小、獨立的子程序。
• 問題分解（Decomposition）：將大問題拆解成易於管理的細小部分。
• 程序（Procedure）：執行動作但不傳回數值的子程序。
• 函數（Function）：執行任務並使用 return 傳回數值的子程序。
• `def`：Python 中用來定義程序和函數的關鍵字。
• 參數（Parameters）：子程序定義中的佔位符變數。
• 引數（Arguments）：在呼叫時傳入子程序的實際數值。
• 局部作用域（Local Scope）：在子程序內部建立的變數，無法從外部讀取。