Subprograms

👋 歡迎來到副程式（Subprograms）的世界！

各位未來的電腦科學家，你們好！這一章的重點在於如何讓你的程式碼更簡潔、更高效且更易於管理。試著想像一下，如果一本 500 頁的書寫成一個沒有分段的超長段落，那簡直是不可能的任務！編寫程式也是一樣的道理。
我們使用副程式（Subprograms，有時也稱為子常式 Subroutines）來將龐大的任務拆解成細小、符合邏輯且可重複使用的區塊。這是編寫程式最重要的技能之一！

為什麼要學習副程式？（總體概覽）

副程式能幫助我們實現模組化（Modularity）。模組化意味著透過組裝較小、獨立的部件來構建大型系統。

• 可重複使用性（Reusability）： 如果你需要多次計算增值稅（VAT），你只需在副程式中編寫一次計算程式碼，之後每次需要時呼叫它即可。
• 除錯（Debugging）： 如果計算增值稅時出錯，你只需要檢查該副程式，而不需要翻遍整整 1000 行的程式碼。
• 組織性（Organisation）： 讓程式碼易於閱讀和管理，尤其是在團隊合作開發時更是如此。

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1. 兩種類型的副程式：函式 vs. 程序

在電腦科學中，根據處理結果的方式，副程式主要分為兩類：

1.1 程序（Procedures / Subroutines）

程序是一組旨在執行特定任務的指令集。

• 僅執行動作： 程序會執行指令，但不會將數值回傳給主程式（它們不會「return」任何東西）。
• 目的： 通常用於影響外部環境的操作，例如在螢幕上顯示文字、將資料儲存到檔案中，或繪製圖形。

類比：遙控器

想像一下按下電視遙控器上的「靜音」按鈕。該程序執行了（電視變成了靜音），但按鈕本身並沒有將任何數值回傳給你。它只是完成了一個動作。

範例（虛擬碼）：

PROCEDURE DisplayWelcomeMessage()
OUTPUT "歡迎使用本系統！"
END PROCEDURE

1.2 函式（Functions）

函式是一組旨在進行計算並將單一數值回傳（return）給主程式的指令集。

• 計算並回傳： 函式執行完畢後必須產生，或者說「回傳」一個特定的資料值（例如數字、字串或布林值 True/False）。
• 目的： 主要用於進行計算、比較及獲取特定資料。

類比：提款機（ATM）

當你要求提款機計算提款後的銀行餘額時，機器（函式）會計算金額，並將最終餘額*回傳*給你（它會在螢幕上顯示數字）。

範例（虛擬碼）：

FUNCTION CalculateArea(Length, Width)
Area = Length * Width
RETURN Area
END FUNCTION

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2. 參數（傳入資料）

如果副程式像是一台專業機器，那麼參數（Parameters）就是你餵給它的原材料，讓它能執行工作。

2.1 定義參數與引數

參數（Parameter）是列在副程式定義（表頭）中的特殊變數。它作為即將傳入資料的佔位符。
引數（Argument）則是呼叫副程式時（實際使用它時），傳入的真實資料值。

類比：點咖啡

咖啡機的設計說明書上寫著：「我需要 (1) 飲料種類 和 (2) 尺寸」。

• 飲料種類 和 尺寸 是參數。
• 當你點餐時，你傳入的引數是："拿鐵" 和 "大杯"。

2.2 參數的重要性

參數讓副程式更具靈活性。一個只能計算 $100 稅金的副程式是沒用的。它需要參數，這樣你才能指定它去計算 $50、$200 或 $1,000,000 的稅金。

範例（在函式中使用參數）：

1. 定義（定義參數）：
FUNCTION Multiply(Num1, Num2)
Result = Num1 * Num2
RETURN Result
END FUNCTION

2. 呼叫函式（傳入引數）：
Total = Multiply(5, 10) // 引數 5 和 10 被傳入 Num1 和 Num2
OUTPUT Total // 輸出結果為 50

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3. 變數範圍：區域變數 vs. 全域變數

變數範圍（Variable Scope）定義了程式中哪些地方可以存取、讀取或修改該變數。這對於防止資料被意外破壞至關重要。

3.1 全域變數（Global Variables）

全域變數是在程式的主體部分（任何副程式之外）宣告的變數。

• 可視性： 程式中的任何部分，包括所有的程序和函式，都可以存取、讀取並修改全域變數。
• 生命週期： 從程式開始執行直到結束一直存在。

類比：辦公室的公佈欄

全域變數就像掛在主辦公室走廊上的巨型行事曆。大樓裡的每個人（每個函式/程序）都可以看到它並在上面書寫。

3.2 區域變數（Local Variables）

區域變數是在特定副程式（函式或程序）內部宣告或建立的變數。

• 可視性： 它只能在建立它的副程式內部被存取、讀取或修改。
• 生命週期： 它僅在副程式運行時存在。一旦副程式結束，區域變數就會被銷毀（系統會將其遺忘）。

類比：你的私人筆記

區域變數就像你桌上的私人筆記。只有你（該特定副程式）可以看到或更改筆記內容。當你完成任務並離開座位時，其他人就會忽略這些筆記。

3.3 良好程式習慣

如果起初覺得這些很複雜，請不要擔心！ 核心概念是「安全性」。
我們傾向於在可行時多使用區域變數和參數。
為什麼呢？如果一個程序意外修改了全域變數，它可能會在毫無預警的情況下導致程式的其他部分崩潰。區域變數能保持資料隔離且安全。

快速回顧：範圍比較

• 全域變數： 在外部宣告；隨處可見；修改風險較高。
• 區域變數： 在內部宣告；僅在該副程式中可見；更安全且整潔。