簡介：打造「防彈」程式
歡迎來到 H2 電腦科學（Computing）課程中最實用的一個章節！你有沒有想過，為什麼網站會提示你的密碼太短，或者當你輸入字母而非數字時，程式會突然「崩潰」（crash）？
在本章中，我們將學習如何防止這些問題。我們將探討資料驗證（Data Validation）（確保輸入的資料合理）、程式測試（Program Testing）（在用戶發現 Bug 之前先行找出問題），以及錯誤處理（Error Handling）（確保程式在出錯時能優雅地處理）。掌握這些技能，正是將「業餘編碼員」蛻變為專業程式設計師的關鍵。
1. 驗證（Validation）與核對（Verification）：有什麼區別？
人們常混用這兩個詞，但在電腦科學中，它們的意義截然不同。
資料驗證（Data Validation）是指電腦執行的自動檢查，旨在確保輸入的資料合理（sensible）且符合特定規則。它並不保證資料正確無誤，只保證該資料是「被允許輸入的」。
資料核對（Data Verification）是指確保輸入的資料與原始來源完全一致（exactly matches）的檢查。
生活中的類比
想像你正在註冊健身室會籍：
- 驗證：電腦檢查你的「年齡」是否為 12 到 100 之間的數字。如果你輸入「200」，它會拒絕，因為這不合理。
- 核對：職員查閱你的身份證，確保你在屏幕上輸入的名字確實是你的真實姓名。
重點總結
驗證檢查資料是否合理。
核對檢查資料是否正確。
2. 資料驗證技巧
為了防止系統出現「垃圾資料」，我們會使用幾種特定的檢查方式。如果清單看起來很長，別擔心，大多數技巧都非常直觀！
1. 存在性檢查（Presence Check）
確保欄位沒有被留空。
例子：表格中電郵欄位旁邊的「必填」星號。
2. 檢索檢查（Existence Check）
檢查輸入的資料是否已經存在於系統中，或是清單中的有效項目。
例子：當你嘗試註冊用戶名稱時，系統顯示「用戶名稱已被佔用」。
3. 範圍檢查（Range Check）
檢查數字是否落在特定的邊界範圍內。
例子：考試分數必須在 \(0\) 到 \(100\) 之間。
4. 長度檢查（Length Check）
確保輸入內容具有特定的字元數量，或在一定的長度範圍內。
例子：新加坡電話號碼必須剛好是 8 位數字。
5. 類型檢查（Type Check）
確保資料屬於正確的資料類型（例如：整數、字串、浮點數）。
例子：在數量欄位輸入「Five」而非「5」將會導致類型檢查失敗。
6. 格式檢查（Format Check）
檢查資料是否遵循特定的模式或「遮罩」（mask）。
例子：日期必須採用 DD/MM/YYYY 的格式。
7. 檢查碼（Check Digit）
這是一個根據數字中的其他位數計算出的特殊位數（通常是最後一位）。它用於檢測手動輸入時發生的錯誤（例如數字互換）。
例子：身份證號碼（NRIC）或條碼的最後一個字元。
記憶口訣：「P.E.R.F.L.T」
試著記住「PERFect Little Techniques」（完美的技巧）：
Presence (存在性), Existence (檢索), Range (範圍), Format (格式), Length (長度), Type (類型)（別忘了還有Check Digit！）。
3. 識別與修正錯誤
即使是最優秀的程式設計師也會犯錯！你需要了解三種主要的錯誤類型：
A. 語法錯誤（Syntax Errors）
這是程式碼中的「文法」錯誤。程式將完全無法執行。
例子：將 prnt("Hello") 寫成 print("Hello")，或者在 if 語句後忘記加上冒號。
B. 執行階段錯誤（Runtime Errors）
程式碼本身寫得正確（沒有語法錯誤），但在程式運行時發生了問題，導致程式崩潰。
例子：除以零或嘗試打開一個不存在的檔案。
C. 邏輯錯誤（Logic Errors）**
程式可以運行且不會崩潰，但給出的結果錯誤。這些錯誤最難發現！
例子：你想計算正方形面積，卻寫成 Area = Side + Side 而非 Area = Side * Side。
快速回顧
- 語法錯誤：無法啟動（程式碼文法錯）。
- 執行階段錯誤：中途崩潰（運行時崩潰）。
- 邏輯錯誤：結果錯誤（大腦當機）。
4. 設計測試案例（Test Cases）
為了確保程式運作正常，你必須使用不同類型的資料進行測試。假設我們正在測試一個接受學生年齡（範圍：13 到 18）的程式。
1. 正常資料（Normal Data）
落在可接受範圍內的資料。
例子：15, 16。
2. 邊界（極端）資料（Boundary Data）
處於範圍邊緣的資料。錯誤通常發生在這裡！
例子：13 和 18。
3. 錯誤資料（Erroneous/Invalid Data）
超出範圍或類型錯誤的資料。程式應拒絕這些資料。
例子：12, 19, "Hello", 或 \( -1 \)。
避免常見錯誤
學生經常忘記測試邊界資料。請務必測試確切的最小值和最大值！對於 1 到 100 的範圍，你的測試案例絕對應包含 1 和 100。
5. 程式追蹤（Program Tracing）：扮演電腦
追蹤是跟隨程式執行步驟，觀察變數值如何變化的過程。
追蹤表（用於非遞迴程式）
追蹤表（Trace Table）是一個表格，每一列代表一個變數，每一行代表程式執行的一個步驟。
小貼士：填寫追蹤表時，只需在變數值改變時寫入。如果值保持不變，可以留空或使用引號，以保持表格整潔。
遞迴樹（用於遞迴程式）
對於會自我呼叫的函式，追蹤表可能會變得很亂。這時我們改用遞迴樹（Recursion Tree）。
1. 從最上方的初始呼叫開始。
2. 每次函式呼叫自己時，就畫出分支。
3. 當回傳值「冒泡」回到頂端時，寫下這些值。
如果起初覺得有點難也別擔心！遞迴樹只是函式「旅程」的地圖而已。
6. 錯誤與例外處理（Error and Exception Handling）
有時錯誤是不可避免的（例如用戶在下載過程中拔掉了網路）。我們使用例外處理（Exception Handling），而不是讓程式直接崩潰。
在 Python 中，我們使用 try...except 區塊：
try:
# 可能導致錯誤的程式碼
number = int(input("輸入一個數字: "))
result = 10 / number
except ZeroDivisionError:
# 若用戶輸入 0 時的處理方式
print("你不能除以零！")
except ValueError:
# 若用戶輸入 "hello" 時的處理方式
print("那不是數字！")
重點總結
例外處理能使你的程式變得穩健（robust）。它允許程式告訴用戶哪裡出錯了，並能繼續執行，而不是直接強制退出。
最後鼓勵：你已經完成了資料驗證和程式測試的基礎！請記住，這一章的目標不僅是為了通過考試，更是為了幫助你建立人們真正能信賴的軟體。繼續多練習那些追蹤表吧！