学习函数——将命令打包

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技匠
2016.12.28 07:31* 字数 1988

这篇文章是“为孩子写一本编程书”连载中的第三篇文章。上一篇《学习命令——想计算机一样思考》,介绍了命令的使用与基本调试方法。

在上一节中,小Ian已经熟悉了使用命令来解决一些简单的编程挑战。虽然只是在Playground中将moveFoward()、collectGem()、toggleSwitch()这些简单的命令进行组合并执行,但看得出,在每一次完成一项编程挑战游戏的过程中,孩子的编程思维也正被逐渐地构建起来。而在这一节里,我们将介绍编程学习中另一个重要工具——函数

认识函数

在我们的日常生活中,即使是一个最简单的任务,也是由由一系列步骤,按照一定的顺序组合而成的。比如,我们每天都会做的系鞋带这个动作,也可以将它分成三个步骤来完成。

每双鞋都有两只,因此同样的过程,我们需要重复执行两遍。想象一下,如果我们用上一节学过的命令方式,去让计算机完成系鞋带这个任务的话,是不是应该需要输入下面这6条命令呢?

但想一想,当我们穿鞋时,其实并不是按照这些指令来完成穿鞋这个任务的。在我们的脑子里只是记住了系鞋带的步骤,然后每次需要穿鞋系鞋带时,就将这些步骤从脑袋里拿出来,应用到穿每一只鞋子上。那么,同样的,有没有一种方法能够让计算机记住这些步骤,并在需要的时候去使用它呢?这里,我们就需要用到一个新的工具——函数

函数能够将一组命令打包,并给它赋予一个名称。而这一组命令便可以在需要时通过这个函数的名字进行调用

定义函数

让我们仍以系鞋带为例,看看如何通过定义函解的方式,让计算机记住系鞋带的步骤:

  • 首先我们通过 func 关键字来声明一个函数
  • func后面跟着的便是我们给函数起的名字,上面这个函数的名字叫做tieMyShoe——系我的鞋带,和之前提到的命令一样,我们也在函数的名称后面加上一对括号。
  • 我们使用一对 花括号{} 来定义函数所包含的内容,我们也称它为 函数体。通过将命令添加到函数体中,便能给这个函数添加我们所希望的行为。

调用函数

我们定义函数之后,计算机并不会自动地去执行它。而是需要我们明确地告诉计算机在何时何地去调用它。我们通过函数名来调用并执行它所打包的那一组命令。这里,我们便通过调用两次tieMyShoe()函数,完成给两只鞋系鞋带的任务。

Tips:理解函数的定义和调用之间的关系非常重要,函数用来打包命令,但在定义后并不会被直接执行,只有在通过函数的名字调用它们时,函数体内的命令才会被执行。

通过函数简化问题解决

函数是程序员们编程时最常使用的工具,但对于初学者来说,他们却往往难以判断什么时候应该使用函数,因为,大部分情况下我们同样能通过组合命令来解决问题。下面是那些最常见的函数使用场景,而其中第二点又是这些场景中最常见的:

  • 当需要通过组合已有的命令,来创造出新的或更复杂的行为时
  • 当某一行为可能被重复或多次使用时
  • 当某一行为变得太过复杂时,也会将它分解成多个更小的行为

下面还是让我们回到Ian最喜欢的Playground中,去看看我们如何通过函数去解决那些复杂问题。在这个挑战游戏中,我们需要帮助Byte抓到全部4颗宝石,并打开4个开关。

Ian一眼就看出了这个迷宫的规律,4个宝石和4个开关,平均分布在迷宫的4条边上。每一条边上的宝石和开关都在相同的位置上。因此,我们只要定义一个函数去解决一条边上的宝石和开关,然后重复调用四次便可以完成这个编程挑战了。让我们为这个函数起个名字,就叫它resolveRow()吧。

瞧,我们刚刚成功完成了这个编程挑战,比起我们光用命令去实现所需要的27条命令,使用函数的方式是不是简明了很多呢?上面的这个编程挑战,并不是Playground中函数这一小节的第一个编程挑战,但我们在这个挑战游戏中所运用的方法,却像极了那些程序员们在日常工作中,解决问题时所普遍采用的思路:

  1. 首先明确任务的目标:抓到所有宝石、打开所有开关
  2. 分析问题,尽可能地通过识别模式,将较大的问题分解为一个个小问题:这里的小问题就是解决一条边上的宝石与开关。
  3. 为每一个独立的小问题找到解决方法:通过定义函数resolveRow()来处理一条边上的宝石与开关。
  4. 通过将这些小问题的解决组合起来,解决整个任务所包含的大问题:通过调用4次resolveRow()函数,完成挑战。

Tips:这种解决问题的思路和方法,不仅在编程中普遍应用,也同样适用于几乎所有学科和领域。孩子们在学习编程的过程中,实际也是在学习问题识别、分解和解决的方法,这对他们尽早培养起独立解决问题的能力非常有帮助

小节

通过这一节的学习,我们认识了编程中的函数,通过定义函数,我们用一个名字来指代一组命令所包含的行为。并在需要时,通过对这个函数名的调用,告诉计算机去执行这一组命令。另外,我们还学习了如何将大问题进行分解,并通过定义和调用函数来解决问题的方法,这一方法将始终贯穿于我们日后的编程实践当中。在下一节,我们将会学习编程中的一个重要控制逻辑For循环。

练习

请大家完成Playground中,Funcations这一节中的其他编程挑战,它们包括:定义一个新的函数;在函数中添加命令以创建新的行为;函数间的嵌套调用;通过函数解决复杂问题等等。完成这些练习后,你将会对函数的使用有更深入的理解,这也将是你未来构建更强大应用的基础。

为孩子写一本编程书
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