歡迎來到程式設計的世界！
歡迎！你即將深入探索電腦科學中最令人興奮的領域之一：程式設計概論 (Introduction to Programming)。你可以把程式設計想像成學習一種與電腦溝通的新語言。就像跟著食譜做蛋糕一樣，程式其實就是一系列告訴電腦該做什麼的指令。
在本章中，我們將探討程序式程式設計 (Procedural Programming)（編寫程式碼的標準方式）以及組合語言 (Assembly Language)（我們如何更直接地與電腦硬體溝通）。如果一開始覺得內容很多，不用擔心——我們會把它拆解成小塊，一步步攻克！
1. 程序式程式設計技巧
大多數現代程式語言，如 Python、Java 或 C++，都支援程序式程式設計。這是一種程式設計風格，透過一系列指令，一步一步地指導電腦執行任務。
程式流程（三大支柱）
幾乎所有編寫過的程式都依賴三種基本結構來控制其「流程」：
1. 順序 (Sequence)：這是最簡單的結構。意思是電腦由上而下，逐一執行指令。
例子：1. 起床 -> 2. 刷牙 -> 3. 吃早餐。
2. 選擇 (Selection / Branching)：這是電腦進行決策的地方。它會檢查一個條件（通常是 IF 陳述式），然後選擇要執行的路徑。
例子：如果正在下雨，就帶雨傘。否則，就戴太陽眼鏡。
3. 迭代 (Iteration / Looping)：這是電腦多次重複執行一段程式碼的情況。我們使用 FOR 迴圈（當我們知道要重複執行多少次時）或 WHILE 迴圈（直到條件改變為止）。
例子：只要你的盤子還沒空，就繼續吃。
變數與常數
想像電腦的記憶體是一面掛滿便利貼或儲存盒的巨大牆壁。
變數 (Variables)：這些是「盒子」，用來儲存程式執行過程中可以改變的資料。例如，遊戲中的 playerScore（玩家分數）從 0 開始，隨後會不斷增加。
常數 (Constants)：這些是用於存放程式一旦開始後就不能更改的資料的「盒子」。例如，圓周率 PI (\( \pi \)) 永遠是 3.14159。
運算子：邏輯工具
為了執行任何有用的操作，我們需要運算子：
• 算術運算子 (Arithmetic Operators)：標準數學運算，如 +（加）、-（減）、*（乘）和 /（除）。
• 賦值運算子 (Assignment Operators)：即 = 符號。在程式設計中，它不代表「等於」；它意味著「取右邊的值，並放進左邊的盒子裡」。
• 布林運算子 (Boolean Operators)：這些有助於做出決定。AND（兩者皆須為真）、OR（至少有一個為真）以及 NOT（相反結果）。
程序與函式
有時候我們會有想要重複使用的程式碼區塊。與其重複輸入十次，我們將其封裝成一個「子程序」。
程序 (Procedures)：執行一項任務但不會將值傳回主程式的程式碼區塊。
函式 (Functions)：執行一項任務並回傳 (return) 一個值回主程式的程式碼區塊。
類比：程序就像吸塵器——它完成了工作，但在完成時不會交給你任何東西。函式就像果汁機——你給它水果，它會回傳給你果汁。
字串與檔案處理
字串處理 (String Handling)：這是我們處理文字的方式。我們可以找出單字的長度、將兩個字串連接起來（串接/Concatenation），或是截取字串的一部分（切片/Slice）。
檔案處理 (File Handling)：程式通常需要永久儲存資料。我們使用三個主要步驟：開啟 (Open) 檔案、讀取/寫入 (Read/Write) 檔案，最重要的一步是關閉 (Close) 檔案以儲存變更。
快速回顧：程序式程式設計的核心在於「如何做」。它使用變數來儲存資料，並利用順序、選擇和迭代來控制事件的順序。
2. 組合語言與小人電腦 (LMC)
高階語言（如 Python）對人類來說很容易閱讀。然而，電腦只懂 1 和 0。組合語言 (Assembly Language) 是一種位於中間的「低階」語言——它是機器碼的人類可讀版本。
什麼是小人電腦？
小人電腦 (Little Man Computer, LMC) 是一個簡化的電腦模型，用來幫助你理解 CPU 的運作原理。想像一個小人待在一個房間裡，裡面有 100 個郵箱（記憶體）、一台計算機（累加器，Accumulator）和一個計數器（程式計數器，Program Counter）。
LMC 關鍵助憶碼 (指令)
LMC 不使用二進位，而是使用稱為助憶碼 (mnemonics) 的短單字。以下是你考試需要知道的指令：
• ADD：將郵箱中的值加到計算機（累加器）中。
• SUB：從計算機中減去郵箱中的值。
• STA (Store)：將計算機中的值儲存到郵箱中。
• LDA (Load)：將郵箱中的值載入到計算機中。
• INP (Input)：接收來自使用者的輸入。
• OUT (Output)：輸出計算機中當前的值。
• HLT (Halt)：停止程式。
• BRA (Branch Always)：無條件跳轉（跳到另一個指令）。
• BRZ / BRP (Branch if Zero / Positive)：若為零 / 若為正數則跳轉（僅當計算機數值為 0 或正數時才跳轉）。
簡單的 LMC 程式範例
讓我們看看一個將兩個數字相加的程式：
1. INP (取得第一個數字)
2. STA FIRST (將其儲存在名為 'FIRST' 的郵箱中)
3. INP (取得第二個數字)
4. ADD FIRST (將第一個數字加到第二個數字上)
5. OUT (顯示結果)
6. HLT (停止)
你知道嗎？儘管現今我們大多使用高階語言編寫程式，但組合語言仍被用於編寫高效能顯示卡或微型醫療裝置等領域，因為它能讓程式設計師完全掌控硬體！
3. 常見陷阱與技巧
如果一開始覺得棘手，請別擔心！許多學生都會在以下幾點感到困惑：
• = 與 ==：在許多語言中，單一個 = 是將值放入盒子（賦值），而雙等號 == 則是檢查兩個東西是否相同（比較）。
• 無限迴圈：務必確保你的 WHILE 迴圈有終止條件，否則程式將永遠卡住！
• 函式回傳值：請記得 函式 (Function) 必須總是使用 return 這個字將答案傳回。如果你忘了，結果就會消失！
• LMC 記憶體：在 LMC 中，請記住 STA 和 LDA 指令會變更郵箱或計算機的值，但它們不會刪除之前的內容——它們只是將其覆蓋！
複習重點
• 程序式 (Procedural) 程式碼是一系列步驟的順序。
• 選擇 (Selection) 是決策 (IF)，迭代 (Iteration) 是重複 (WHILE/FOR)。
• 變數 (Variables) 會改變；常數 (Constants) 不會。
• 函式 (Functions) 回傳值；程序 (Procedures) 不回傳值。
• LMC 使用助憶碼如 ADD、SUB、STA、LDA 來代表低階指令。
• 分支 (Branching) 在 LMC 中（BRA、BRZ、BRP）是我們在組合語言中實現 IF 陳述式和迴圈的方式。