05. 流程控制
Computer Science activities with a sense of fun: The Imp Computer V1.0, 3 March 2014
Created by Paul Curzon, Queen Mary, University of London for Teaching London Computing: http://teachinglondoncomputing.org
本教材以創用CC 3.0 姓名標示-非商業性-相同方式分享釋出(creative commons 3.0 BY-NC-SA) https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.zh_TW
透過一連串的活動，體驗如何編譯出一支簡單的程式，並體驗流程控制的概念。
每個學生代表一個指令（instruction）。一個指揮卡代表控制的流程，它會被攜帶著指令的學生所持有，然後按照流程接著往下傳遞。如果指令的安排順序是正確的，當傳遞完畢之後，就會得到正確的結果。這個活動可以讓程式執行的過程清楚可見，有助於後續概念的解釋與探討。
在這個單元可以學習到:
- 程式語言programming
- if指令
- 流程控制
- 程式編譯階段與執行階段
- 程式編譯的最佳化
活動說明:
1. 我們需要：一張指揮卡、8條繩子（每條長1公尺）、指令卡片數張、一個空盒、空白紙張數張，以及一張事先寫好的程式代碼。
2. 編譯階段（compile time）：
(1) 展示以下的程式碼片段（以Python 3語法為例，如果學生的英文程度對此感到困難，可以將英文的句子改用中文進行）
answer = input('can I shut down the computer?')if ( answer == 'y' ) : print ('Shut down started!')else : print ('Computer will keep going.') print ('thank you')(2) 告訴學生，在程式被運行（run）之前，必須先經過編譯（compile），才把程式碼轉換成一種可被執行的形式。程式語言的種類很多，電腦無法直接判讀程式碼的指令，必須轉換成機器語言 - 一種電腦才看得懂的程式寫法。接下來你用這個程式碼片段來做說明。
(3) 第1回合：
answer = input('can I shut down the computer?')這是一個「輸入」的指令，使用者將輸入一個值，而這個值會被賦予給一個變數。
請自願者1到前面來，他必需想辦法在黑板上留下這句話「can I shut down the computer?」，然後要等待這個問題的回覆，並且儲存這個回覆。
自願者2負責變數的指定，他要拿著標示「answer」的變數空盒，站在自願者1的旁邊。
自願者3扮演「螢幕」的角色，代替自願者1來跟作業系統(老師)溝通，站在黑板前面，由自願者1告訴他，應該在黑板上「顯示」些什麼字（遇到空白鍵時請說"space"）。
進行到這裡時，因為必需等候使用者回應了什麼答案，所以程式暫停了。提醒學生這個時候程式還沒真正被執行。
(4) 第2回合：
if ( answer == 'y' ) : print ('Shut down started!')接下來是邏輯判斷if指令的第一個階段：測試（TEST）
請自願者4拿著一條彩色繩子，繩子的另一端由自願者1拿著，告訴他指揮卡的傳遞只能透過手上的繩子。
再找兩位自願者5、6，分持兩條繩子站立於自願者4的左右，繩子的另一端由自願者4所持。
自願者4負責判斷下一步的流程走向，他的任務是要看看志願者2手上「answer」空盒內的紙片內容，如果看到「y」，下一步就交由「自願者5」來執行，如果看到了別的字，下一步則是由「自願者6」執行。
(5) 第3回合：
5號自願者，手持一張卡片，內容是必需在黑板上顯示出「Shut down started!」，這個動作由自願者3來作，邊念邊在黑板上書寫訊息（遇到空白鍵一樣要說"space"）。
6號自願者，手持一張卡片，他必需想辦法在黑板上留下這句話「Computer will keep going.」，這個動作由自願者3來作，邊念邊在黑板上書寫訊息。
(6) 第4回合：
最後一位自願者7，從5、6號自願者手上拿到繩子的另一端，並手持訊息卡片，這也是一個顯示訊息的指令。當他輪到執行動作的時候，他必需想辦法在黑板上留下這句話「'thank you'」，這個動作由自願者3來執行，邊念邊在黑板上書寫訊息。
因為自願者7已經是最後一位，當他完成顯示訊息的動作之後，流程就算結束了。老師扮演的角色稱為「作業系統（operating system）」。至此，編譯階段完成，所有自願者的站位分佈大致如下圖。
3. 執行階段（run time）：
(1) 告訴學生，老師扮演的是作業系統的角色，接下來由老師來控制程式的執行細節。老師手持「指揮卡」用來標示現在執行到哪個步驟了。
(2) 首先是自願者1（自願者2此時站在他旁邊，手持空盒），要求自願者3在黑板上寫下「can I shut down the computer?」，接著由老師在白紙寫上「y」或是其他答案，投入盒中。
(3) 流程交給自願者4，只有他可以觀看空盒內白紙上的答案，並決定接下來的流程方向。
(4) 接到流程的自願者5或6，要求自願者3在黑板上寫下對應的訊息，結束後傳遞流程給自願者7。
(5) 自願者7要求自願者3書寫訊息「'thank you'」後，至此即完成執行階段。
運算思維:
透過活動，我們看到程式語言中的if指令，在編譯時會將流程分成兩條路線，但是最後還會結合在一起。雖然在撰寫程式碼的時候，我們是一行指令接著一行輸入的，但是實際上只會選擇其中一個分支來進行。if指令總是要先進行一個test，結果只有「是（ture）」與「否（false）」兩種結果。
程式在執行（run）之前，一定要先經過編譯（compile）的階段，除了把只有人類看得懂的程式語言，轉換成電腦看得懂的形式之外，還會先檢查在語法上是否有拼寫錯誤。程式被編譯後，就可以被作業系統所執行，來得到原本我們預期的結果。在下次執行同一支程式時，不需要再重新編譯一次，除非我們更改了原本程式碼的內容。
接下來我們會實際透過簡單的程式設計流程，來學習利用「if」指令功能進行邏輯的控制。
延伸活動:
由使用者輸入兩張撲克牌的「顏色」為紅色（red）或黑色（black）。如果兩張同花色，則顯示「match!」；如果兩張不同花色，則顯示「not the same.」。程式碼如下：
card1 = input('Please input the color of 1st card (red or black) : ')card2 = input('Please input the color of 2nd card (red or black) : ')if ( card1 == 'red' and card2 == 'red') : print ('match!')else : if (card1 == 'black' and card2 == 'black') : print ('match!') else : print ('not the same') print ('thank you')這次請學生嘗試安排編譯階段的所有自願者，包含站位、拉繩、放變數的盒子以及指揮卡的流程，總共需要幾位自願者？試著在紙上先畫出站位安排，再按照學生的設計，實際施實編譯與執行階段，測試會不會發生流程上的錯誤。
