歡迎來到程式設計的世界！
歡迎來到計算機科學中最令人興奮的領域之一：程式設計概念（Programming Concepts）。你可以把這一章想像成你的「工具箱」。就像建築工人需要錘子、釘子和藍圖來蓋房子一樣，程式設計師需要變數、迴圈和邏輯來開發軟體。我們將重點討論程序式程式設計（Procedural Programming），這其實就是將程式碼編寫成一系列指令，讓電腦按步驟執行。如果這聽起來像是學習一種新語言，請別擔心——讀完這些筆記後，你將能流利地說「電腦語言」！
1. 基礎：儲存與使用數據
在進行任何複雜的操作之前，我們需要知道如何處理資訊。
變數宣告與賦值
想像一個變數（variable）就像你房間裡的一個實體盒子。你在盒子上貼上標籤（即識別碼/identifier），這樣你就知道裡面裝了什麼，並且可以在裡面儲存一個數值。
- 變數宣告（Variable Declaration）：告訴電腦：「我需要一個名為 'Score' 的盒子來裝數字。」
- 賦值（Assignment）：將東西放進盒子裡。例如：Score = 10。
有意義的識別碼
你可以把變數命名為 x，但 user_age 會好得多。為什麼呢？因為如果你在六個月後回頭看你的程式碼，你會清楚知道 user_age 的作用！使用有意義的識別碼能讓你的程式碼更具可讀性，也更容易進行除錯。
輸入與輸出
程式需要與使用者進行交流！
- 輸出（Output）：在螢幕上顯示資訊（例如：「遊戲結束！」）。
- 輸入（Input）：從使用者獲取資訊（例如：詢問使用者的名字）。
註解：給人類看的筆記
註解（Comments）是電腦會完全忽略的文字行。我們用它來解釋一段複雜的程式碼在做什麼，就像為自己或團隊成員留下便利貼一樣。
小貼士：在許多程式語言中，註解以 # 或 // 開頭。
重點總結：變數是貼了標籤的數據儲存盒，而清晰的命名加上有用的註解能讓你的程式碼對「人類」更友善。
2. 數學與邏輯工具
電腦本質上是超高速的計算機。為了發揮這種能力，我們需要使用運算子（operators）。
算術運算
大多數運算你在數學課都學過，但在程式設計中有幾個比較特別：
- 加法 (+)、減法 (-)、乘法 (*)。
- 實數/浮點數除法 (Real/Float Division, /)：標準除法，會得出小數（例如：\( 7 / 2 = 3.5 \)）。
- 整數除法 (Integer Division, DIV)：告訴你一個數可以整除多少次（例如：\( 7 \text{ DIV } 2 = 3 \)）。
- 餘數 (Remainder, MOD)：告訴你剩下的數值是多少（例如：\( 7 \text{ MOD } 2 = 1 \)）。
- 冪運算（Exponentiation）：將數字進行次方運算（例如：\( 3^2 = 9 \)）。
- 四捨五入 vs. 截斷（Rounding vs. Truncation）：四捨五入會找最接近的整數。截斷則直接去掉小數部分，不進行進位（例如：3.9 變成 3）。
關係運算
這些用於比較兩個事物。結果永遠是真 (True) 或 假 (False)。
- 等於 (==) 與 不等於 (!=)
- 小於 (<) 與 大於 (>)
- 小於或等於 (<=) 與 大於或等於 (>=)
布林運算（邏輯）
這是電腦做決定的方式。你需要知道運算優先次序（Order of Precedence）（哪個先執行）：
1. NOT (最高 - 反轉值：NOT True = False)
2. AND (僅在兩邊皆為 True 時才為 True)
3. OR (最低 - 只要其中一邊為 True 就為 True)
- XOR：「互斥或」的縮寫。僅在兩邊恰好有一邊為 True 時才為 True（若兩邊都為 True 則為 False！）。
記憶小竅門：記住 N.A.O. (NOT，然後 AND，最後 OR) 來確保你的邏輯順序正確！
重點總結：DIV 給出「整數」商，MOD 給出「餘數」，而布林邏輯 (NOT, AND, OR) 是你程式的大腦。
3. 控制流程：選擇與迭代
程式並不總是直線運行的。有時候它需要選擇路徑或重複執行某個任務。
選擇（If 語句）
這允許程式在不同的路徑中做出選擇。如果是下雨，就帶雨傘；否則，戴太陽眼鏡。
巢狀選擇（Nested Selection）是指在一個「if」語句中再包含另一個「if」語句。想像一個決策樹：首先檢查使用者是否已登入。如果是，則再檢查他們是否為管理員。
迭代（迴圈）
迭代是一個表示「重複」的專業術語。有兩種類型：
- 定數迭代（FOR 迴圈）：當你知道精確重複次數時使用（例如：「跑 10 圈」）。
- 不定數迭代（WHILE 迴圈）：當你需要重複執行直到某個條件改變時使用（例如：「一直跑，直到累了為止」）。
你知道嗎？巢狀迭代是迴圈中的迴圈。想像時鐘：「分鐘」迴圈必須轉滿 60 次，「小時」迴圈才會移動一次。
重點總結：選擇用於做出抉擇；迭代用於重複任務。當你知道次數時使用「For」，不知道時使用「While」。
4. 字串處理與轉換
字串（string）就是一連串的字元（例如 "Hello World"）。我們可以用幾種方式操作它們：
- 長度（Length）：計算字元數（包含空白鍵！）。
- 位置（Position）：找出字元所在位置。警告：大多數程式語言從 0 開始計數！
- 子字串（Substring）：從字串中擷取一段（例如：從 "Golden" 中取出 "Gold"）。
- 串接（Concatenation）：將兩個字串連接在一起（例如："Apple" + "Pie" = "ApplePie"）。
型別轉換（Casting）
有時候數字 "5" 是以字串形式存在的，但你需要將它轉為整數（Integer）才能進行數學計算。將數據從一種型別轉換為另一種的過程稱為轉型（casting）。你必須熟悉在字串、整數、浮點數和日期之間進行轉換。
重點總結：字串是文字。記得電腦通常從 0 而不是 1 開始計算位置！
5. 副程式與作用域
隨著程式變大，結構會變得混亂。副程式（Subroutines，也稱為函數或程序）能幫助我們保持整潔。
什麼是副程式？
副程式是一個有名稱的程式碼區塊，用於執行特定任務。與其將相同的 20 行程式碼重複寫五次，不如在副程式中寫一次，然後在需要時「呼叫」它的名稱即可。
參數與回傳值
- 參數（Parameters）：你「傳入」副程式以供其執行任務的資訊。
- 回傳值（Return Values）：副程式執行完畢後送回主程式的結果。
區域變數 vs. 全域變數
- 全域變數（Global Variables）：它們存在於外部，可以被整個程式看到或使用。它們就像公園一樣是公共的。
- 區域變數（Local Variables）：它們僅存在於特定的副程式內。一旦副程式結束，這些變數就會被刪除。它們就像你的私人臥室。
專家提示：儘可能使用區域變數，以避免意外的臭蟲！
堆疊框架（Stack Frame）
當呼叫副程式時，電腦會使用堆疊框架來追蹤：
1. 回傳位址（Return Address）（執行完畢後回到主程式的哪個位置）。
2. 正在使用的參數。
3. 該特定呼叫所使用的區域變數。
重點總結：副程式是保持程式碼整潔的小型程式。區域變數更安全，因為它們被收納在副程式內部。
6. 處理異常情況
無論你是多優秀的程式設計師，總會出錯。使用者可能會在預期輸入數字時輸入了文字，或者檔案可能會遺失。
異常處理（Exception Handling）
我們使用異常處理來避免程式直接「崩潰」。這就像安全網一樣。我們告訴電腦：「嘗試執行此任務，但如果發生錯誤（異常），請執行另一項動作，而不是直接崩潰。」
隨機數生成
有時候我們希望電腦不可預測，就像遊戲中擲骰子一樣。大多數語言都有內建的隨機數生成（Random Number Generation）工具。你可以利用它為你的程式增添變化。
快速回顧：
- DIV/MOD：整數除法 vs. 餘數。
- 布林優先級：NOT -> AND -> OR。
- 迭代："For" (已知次數) vs. "While" (未知次數)。
- 作用域：區域 (內部) vs. 全域 (外部)。
- 異常處理：程式的安全網。
如果這聽起來要記的東西很多，請不要擔心。程式設計是一項實踐技能——你在實際程式碼中練習這些結構越多，它們就會感覺越自然。祝你編程愉快！