相关文章：计算机科学速成课 17
i.e. Programming Basics - Statements & Functions
上集讲到用机器码写程序，还要处理那么多底层细节，对写大型程序是个巨大障碍。为了脱离底层细节，开发了编程语言，让程序员专心解决问题，不用管硬件细节。
:: 底层各类太多了，编写麻烦，调试麻烦，改动麻烦……
语句
今天我们讨论大多数编程语言都有的基本元素，就像口语一样，编程语言有"语句"。语句表达单个完整思想，比如"我想要茶"或者"在下雨"，用不同词汇可以代表不同含义，比如"我想要茶"变成"我想要独角兽"，但没法把"我想要茶"改成"我想要雨"- 语法毫无意义。
规定句子结构的一系列规则叫 语法 （syntax），英语有语法，所有编程语言也都有语法。 a = 5 是一个编程语言语句，意思是创建一个叫 a 的变量，把数字 5 放里面，这叫"赋值语句"，把一个值赋给一个变量。
为了表达更复杂的含义，需要更多语句，比如 a = 5 b = 10 c = a + b ，意思是，变量 a 设为 5，变量 b 设为 10 ，把 a 和 b 加起来，把结果 15 放进变量 c 。注意，变量名可以随意取。除了 a b c，也可以叫苹果、梨、水果。计算机不在乎你取什么名，只要不重名就行，当然取名最好还是有点意义，方便别人读懂。
程序由一个个指令组成 ，有点像菜谱：烧水、加面，等 10 分钟，捞出来就可以吃了。程序也是这样，从第一条语句开始，一句一句运行到结尾。
刚才我们只是把两个数字加在一起，无聊，我们来做一款游戏吧 ！🤖🔫 当然，现在这个学习阶段，来编写一整个游戏还太早了，所以我们只写一小段一小段的代码，来讲解一些基础知识。
假设我们在写一款老派街机游戏：Grace Hopper 拍虫子，阻止虫子飞进计算机造成故障，关卡越高，虫子越多。Grace 要在虫子损坏继电器之前抓住虫子，好消息是她有几个备用继电器。
开始编写时，我们需要一些值来保存游戏数据，比如当前关卡数、分数、剩余虫子数、Grace 还剩几个备用继电器，所以我们要"初始化"变量 ，“初始化"的意思是设置最开始的值。
关卡=1 分数=0 虫子数=5 备用继电器=4 玩家名=Andre
为了做成交互式游戏，程序的执行顺序要更灵活，不只是从上到下执行，因此用 “控制流语句”。控制流语句有好几种，最常见的是 if 语句，可以想成是 “如果 X 为真，那么执行 Y”，用英语举例就是 “如果累了，就去喝茶”，如果 “累了” 为真，就去喝茶，如果 “累了” 为假，就不喝茶。
if 语句就像岔路口，走哪条路取决于 “表达式” 的真假，因此这些表达式又叫 “条件语句”。在大多数编程语言中，if 语句看起来像这样： if [条件], then [一些代码]，结束 if 语句 。比如， if [第一关]，then [分数设为 0] ，因为玩家才刚开始游戏，同时把虫子数设为 1，让游戏简单些。
注意，依赖于 if 条件的代码，要放在 IF 和 END IF 之间，当然，条件表达式 可以改成别的，比如： "分数 >10" 或者 "虫子数 <1" 。
if 还可以和 else 结合使用，条件为假会执行 else 里的代码。如果不是第 1 关，else 里的指令就会被执行，Grace 要抓的虫子数，是当前关卡数 * 3 ，所以第 2 关有 6 个虫子，第 3 关有 9 个虫子，以此类推。else 中没有改分数，所以 Grace 的分数不会变。
![[assets/Pasted image 20230526124545.png]]
这里列了一些热门编程语言 if-then-else 的具体语法。具体语法略有不同，但主体结构一样。
if 语句 根据条件执行一次。如果希望根据条件执行多次，需要"条件循环”。比如 while 语句，也叫 “while 循环”，当 while 条件为真，代码会重复执行。不管是哪种编程语言，结构都是这样。假设到达一定分数会冒出一个同事，给 Grace 补充继电器，棒极了！把继电器补满到最大数 4 个 ， 我们可以用 while 语句来做。
来过一遍代码。
假设同事入场时， Grace 只剩一个继电器。当执行 while 循环，第一件事是检查条件 - 继电器数量<4? ，继电器数量现在是 1，所以是真，进入循环！
碰到这一行： 继电器数量 = 继电器数量 + 1 。看起来有点怪，变量的赋值用到了自己。
我们讲下这个，总是从等号右边开始，"继电器数量+1" 是多少？ 当前值是 1，所以 1+1=2 ，结果存到"继电器数量"，覆盖旧的值，所以现在继电器数量是 2 。
现在到了结尾，跳回开始点。和之前一样，先判断条件，看要不要进入循环 - 继电器数量<4？ 。是，继电器数量是 2，所以再次进入循环！ 2+1=3 ，3 存入"继电器数量" 。回到开头 。3<4？ 是！进入循环。 3+1=4 ，4 存入"继电器数量"，回到开头。 4<4? ，不！现在条件为假，退出循环，执行后面的代码。
while 循环就是这样运作的！
另一种常见的叫 “for 循环”，不判断条件，判断次数，会循环特定次数，看起来像上图。现在放些真正的值进去，上图例子会循环 10 次，因为设了变量 i ，从 1 开始，一直到 10 。for 的特点是，每次结束， i 会 +1 ，当 i 等于 10，就知道循环了 10 次，然后退出。我们可以用任何数字，10, 42, 10 亿 。
假设每关结束后给玩家一些奖励分，奖励分多少取决于继电器剩余数量，随着难度增加，剩下继电器会越来越难。因此奖励分会根据当前关卡数，指数级增长，我们要写一小段代码来算指数。指数是一个数乘自己，乘特定次数。用循环来实现简直完美！
首先，创建一个叫"奖励分"的新变量，设为 1 （看上图），然后 for 循环，从 1 到 [当前关卡数] ，[奖励分] x [继电器剩余数]，结果存入 [奖励分] ，比如继电器数是 2，关卡数是 3 ，for 会循环 3 次，奖励分会乘 继电器数量 x 继电器数量 x 继电器数量 ，也就是 1×2×2×2，奖励分是 8，2 的 3 次方。这个指数代码很实用，其他地方可能会用到。如果每次想用就复制粘贴，会很麻烦，每次都要改变量名。如果代码发现问题，要补漏洞时，要把每一个复制黏贴过的地方都找出来改，而且会让代码更难懂。
少即是多！
我们想要某种方法，把代码"打包"，可以直接使用，得出结果，不用管内部复杂度。
这又提升了一层抽象！
函数
为了隐藏复杂度，可以把代码打包成 “函数”，也叫 “方法” 或 “子程序”（有些编程语言这么叫）。其他地方想用这个函数，直接写函数名就可以了。
现在我们把指数代码变成函数。
第一步，取名。叫什么都行，比如"快乐独角兽"，但因为是算指数，直接叫"指数"合适一些。
还有，与其用特定变量名，比如 “继电器” 和 “关卡数”，用更通用的名字，比如 底数 (Base) 和 指数 (Exp)，Base 和 Exp 的初始值需要外部传入，剩余代码和之前一样。现在完成了，有函数名和新变量名。
最后，我们还需要把结果 交给使用这个函数的代码，所以用 RETURN 语句，指明返回什么。
完整版代码是这样！
现在可以随意用这个函数，只需要写出名字 然后传入 2 个数字就可以了。如果要算 2 的 44 次方，写 exponent(2,44) ，结果是 18 万亿左右。幕后原理是，2 和 44 存进 Base 和 Exp ，跑循环，然后返回结果。我们来用这个新函数 算奖励分，首先，奖励分初始化为 0 ，然后用 if 语句，看剩不剩继电器（看上图的 > 0），如果还剩，用指数函数，传入 [继电器数] 和 [关卡数] ，它会算 [继电器数] 的 [关卡数] 次方，存入奖励分。这段算奖励分的代码，之后可能还会用，也打包成一个函数。没错，这个函数 (CalcBonus) 会调用另一个函数 (Exponent) 。还有！这个 CalcBonus 函数，可以用在其他更复杂的函数 。
我们来写一个函数，每一关结束后都会调用，叫 LevelFinished （关卡结束）- 需要传入 [剩余继电器数] 、 [关卡数] 、[当前分] ，这些数据必须传入。里面用 CalcBonus 算奖励分，并加进总分，还有，如果 当前分 > 游戏最高分 ，把新高分和玩家名 存起来，现在代码变得蛮"花哨"了。函数调函数调函数。
我们写这样一行代码时，复杂度都隐藏起来了，不需要知道内部的循环和变量，只知道结果会像魔术一样返回，总分 53 。 但是这不是魔术，是抽象的力量！ 如果你理解了这个例子，就明白了函数的强大之处和现代编程的核心。
比如浏览器这样的复杂程序，用一长串语句来写是不可能的，会有几百万行代码，没人能理解。所以现代软件由上千个函数组成，每个负责不同的事。如今超过 100 行代码的函数很少见，如果多于 100 行，应该有东西可以拆出来做成一个函数。模块化编程不仅可以让单个程序员独立制作 App，也让团队协作可以写更大型的程序。不同程序员写不同函数，只需要确保自己的代码工作正常，把所有人的拼起来，整个程序也应该能正常运作！
现实中，程序员不会浪费时间写指数函数这种东西，现代编程语言有很多预先写好的函数集合，叫 “库” ，由专业人员编写，不仅效率高，而且经过了仔细检查。几乎做所有事情都有库，网络、图像、声音。
我们之后会讲这些主题。
但在此之前，我们先讲算法。好奇吗？应该！
下周见
:: 该章节其实没有多少内容，简单介绍了语句和函数，其中的例子用语言描述起来简直‘累’，还是动画来的直观。
