一起玩Python程式：新手寫程式也可以這麼簡單！

函式設計(上) - 打造程式積木樂園！

張傑帆

National Taiwan University

目錄

• 學習目標
• 什麼是函式？
• 函式的基本語法
• 參數傳遞的魔法
• 回傳值的應用
• 變數的作用域
• 魔法咒語實戰
• 小練習時間

• 作業

學習目標

今天我們要建立自己的魔法咒語庫！

• 理解函式的概念與重要性
• 學會定義和呼叫函式
• 掌握參數傳遞的技巧
• 運用回傳值讓函式更強大
• 了解變數的作用域
• 設計自己的魔法咒語系統

準備好打造你的程式積木樂園了嗎？

Let's create functions!

什麼是函式？

生活中的函式

想像你有一個「煮咖啡機器」：

• 輸入：咖啡豆、水
• 過程：研磨、加熱、萃取
• 輸出：一杯香濃咖啡

函式就像這台機器，把複雜的步驟包裝起來，需要時只要按下按鈕！

為什麼需要函式？

優點	說明	比喻
重複使用	寫一次，用很多次	魔法咒語可以重複施展
程式模組化	把功能分門別類	方便整理不同體系的咒語
易於除錯	問題出在哪一塊很清楚	找出故障的零件
團隊合作	大家分工寫不同函式	各司其職的冒險隊伍

函式的基本語法

定義函式的格式

# 基本結構
def 函式名稱():
    # 函式內容（縮排很重要！）
    執行的程式碼
    執行的程式碼

第一個函式：打招呼

# 定義一個打招呼的函式
def say_hello():
    print(" 歡迎來到魔法世界！")
    print(" 準備好學習函式了嗎？")

# 呼叫函式（執行函式）
say_hello()

執行結果：

 歡迎來到魔法世界！
 準備好學習函式了嗎？

重點提醒

1. def 是定義函式的關鍵字
2. 函式名稱後面要加 小括號 ()
3. 冒號 : 不能忘記
4. 函式內容要 縮排（通常4個空格）
5. 定義函式後，要呼叫才會執行

def my_function():  # ← 定義函式（還不會執行）
    print("Hello")

my_function()  # ← 呼叫函式（這時才執行）

參數傳遞的魔法

什麼是參數？

參數就像是函式的「控器器」
讓同一個函式可以產生不同結果！

# 有參數的函式
def greet(name):
    print(f"哈囉，{name}！歡迎加入冒險！")

# 傳入不同的參數
greet("小明")  # 輸出：哈囉，小明！歡迎加入冒險！
greet("小華")  # 輸出：哈囉，小華！歡迎加入冒險！
greet("小美")  # 輸出：哈囉，小美！歡迎加入冒險！

多個參數的使用

# 攻擊魔法函式
def attack(attacker, target, damage):
    print(f" {attacker} 對 {target} 發動攻擊！")
    print(f" 造成 {damage} 點傷害！")

# 呼叫函式
attack("勇者", "哥布林", 50)

執行結果：

 勇者 對 哥布林 發動攻擊！
 造成 50 點傷害！

位置參數 vs 關鍵字參數

def introduce(name, age, job):
    print(f"我是{name}，今年{age}歲，職業是{job}")

# 位置參數（按順序傳入）
introduce("小明", 20, "魔法師")

# 關鍵字參數（指定名稱，順序可調換）
introduce(job="戰士", name="小華", age=22)

# 混合使用（位置參數要在前面）
introduce("小美", age=21, job="弓箭手")

預設參數值

# 設定預設值
def power_up(character, power=10):
    print(f" {character} 的力量提升 {power} 點！")

# 使用預設值
power_up("勇者")  # 輸出： 勇者 的力量提升 10 點！

# 覆蓋預設值
power_up("勇者", 50)  # 輸出： 勇者 的力量提升 50 點！

回傳值的應用

什麼是回傳值？

回傳值就是函式執行後「交還」給你的結果！

# 沒有回傳值的函式
def say_hello():
    print("Hello!")

# 有回傳值的函式
def calculate_sum(a, b):
    result = a + b
    return result  # 把結果回傳出去

n = say_hello()  # 沒有回傳值
print(n)  # 輸出：None

# 接收回傳值
total = calculate_sum(10, 20)
print(f"總和是：{total}")  # 輸出：總和是：30

定義函式

example

魔法傷害計算

def calculate_damage(base_damage, critical=False):
    """計算攻擊傷害"""
    if critical:
        damage = base_damage * 2
        print(" 暴擊！")
    else:
        damage = base_damage
    
    return damage

# 使用函式
normal_hit = calculate_damage(50)
print(f"普通攻擊傷害：{normal_hit}")

critical_hit = calculate_damage(50, critical=True)
print(f"暴擊傷害：{critical_hit}")

回傳多個值

def battle_result(attacker_hp, damage_taken):
    """計算戰鬥結果"""
    remaining_hp = attacker_hp - damage_taken
    is_alive = remaining_hp > 0
    
    return remaining_hp, is_alive  # 回傳多個值

# 接收多個回傳值
hp, alive = battle_result(100, 60)
print(f"剩餘HP：{hp}")
print(f"是否存活：{alive}")

變數的作用域

區域變數 vs 全域變數

# 全域變數（整個程式都看得到）
game_title = "魔法冒險"

def start_game():
    # 區域變數（只有函式內看得到）
    player_name = "勇者"
    print(f"遊戲：{game_title}")
    print(f"玩家：{player_name}")

start_game()
print(game_title)  #  可以使用
# print(player_name)  #  錯誤！區域變數在外面看不到

變數作用域圖解

變數類型	定義位置	可見範圍	生命週期
全域變數	函式外	整個程式	程式開始到結束
區域變數	函式內	只在函式內	函式執行期間

level = 1  # 全域變數

def level_up():
    level = 2  # 這是新的區域變數，不會改到全域變數
    print(f"函式內level: {level}")

level_up()
print(f"函式外level: {level}")  # 還是1

使用global關鍵字

player_hp = 100  # 全域變數

def take_damage(damage):
    global player_hp  # 宣告要使用全域變數
    player_hp = player_hp - damage
    print(f" 受到 {damage} 點傷害！")
    print(f" 剩餘HP：{player_hp}")

take_damage(30)
print(f"當前HP：{player_hp}")  # HP真的改變了

魔法咒語實戰

範例1：基礎攻擊魔法

def fire_ball(target, power=30):
    """火球術"""
    damage = power * 1.5
    print(f" 對{target}施放火球術！")
    print(f" 造成{damage}點火焰傷害！")
    return damage

# 使用魔法
fire_ball("哥布林")
fire_ball("惡龍", power=50)

範例2：治療魔法

def heal(target, heal_amount=50):
    """治療術"""
    print(f" 對{target}施放治療術！")
    print(f" 恢復{heal_amount}點HP！")
    return heal_amount

def check_hp(current_hp, max_hp=100):
    """檢查HP狀態"""
    percentage = (current_hp / max_hp) * 100
    
    if percentage <= 30:
        status = " 危險"
    elif percentage <= 60:
        status = " 注意"
    else:
        status = " 健康"
    
    return status

# 使用魔法
heal("勇者", 40)
status = check_hp(70)
print(f"狀態：{status}")

範例3：完整魔法系統

def magic_attack(caster, target, magic_type, power):
    """魔法攻擊系統"""
    # 根據魔法類型計算傷害
    if magic_type == "火":
        damage = power * 1.5
        emoji = ""
    elif magic_type == "冰":
        damage = power * 1.3
        emoji = ""
    elif magic_type == "雷":
        damage = power * 1.7
        emoji = ""
    else:
        damage = power
        emoji = ""
    
    # 顯示攻擊訊息
    print(f"{emoji} {caster} 對 {target} 施放 {magic_type} 系魔法！")
    print(f" 造成 {damage} 點傷害！")
    
    return damage

# 實戰演練
magic_attack("魔法師小明", "暗黑騎士", "雷", 50)

小練習 1

任務：設計你的專屬魔法

請完成以下函式：

def my_magic(caster, target, magic_name):
    """
    設計一個專屬魔法
    參數:
        caster: 施法者名稱
        target: 目標名稱
        magic_name: 魔法名稱
    """
    # 在這裡寫下你的魔法效果
    pass  # 刪除這行，開始寫程式

# 測試你的魔法
my_magic("勇者", "怪物", "聖光術")

練習提示

1. 使用 print() 顯示魔法效果
2. 可以加入emoji讓畫面更生動
3. 試著加入傷害計算
4. 回傳魔法造成的效果數值

def my_magic(caster, target, magic_name):
    ...# 在這裡寫下你的魔法效果
    return damage # 回傳傷害值

休息時間

喝口水，活動一下筋骨！
等等我們繼續深入函式的奧秘

進階應用：參數組合技 - 魔法連擊系統

def combo_attack(character, *targets, power=50):
    """
    對多個目標發動連擊
    *targets 可以接收任意數量的參數
    """
    print(f" {character} 發動連擊技！")
    total_damage = 0
    
    for target in targets:
        damage = power
        print(f"   攻擊 {target}，造成 {damage} 傷害")
        total_damage += damage
    
    print(f" 總傷害：{total_damage}")
    return total_damage

# 攻擊多個敵人
combo_attack("劍士", "哥布林A", "哥布林B", "哥布林C", power=40)

關鍵字參數組合技

def create_character(**attributes):
    """
    創建角色，接收任意關鍵字參數
    **attributes 會把所有關鍵字參數收集成字典
    """
    print(" 創建新角色：")
    for key, value in attributes.items():
        print(f"  {key}: {value}")

# 創建不同的角色
create_character(name="勇者", level=10, hp=150, mp=80, job="戰士")
create_character(name="魔法師", level=8, hp=100, mp=200, job="法師", element="火")

函式設計原則

好的函式設計

#  好的設計：功能單一、名稱清楚
def calculate_total_price(price, quantity):
    """計算總價"""
    return price * quantity

def apply_discount(price, discount_rate):
    """套用折扣"""
    return price * (1 - discount_rate)

# 使用
total = calculate_total_price(100, 3)
final_price = apply_discount(total, 0.1)

避免的寫法

#  不好的設計：功能混雜、名稱不清
def do_something(x, y, z):
    """這個函式做太多事了"""
    result1 = x * y
    result2 = result1 - z
    print(result2)
    return result2 * 2

# 誰看得懂這在做什麼？

函式設計的黃金法則

原則	說明	範例
單一職責	一個函式只做一件事	calculate_damage()
命名清楚	名稱要能說明功能	heal_player() 而非 func1()
適當參數	參數不要太多（建議≤5個）	太多就用字典或類別
有回傳值	盡量回傳結果而非直接print	return damage
加上註解	說明函式的用途	使用docstring

小練習2 - 任務：角色管理系統

設計一個完整的角色管理系統，包含以下函式：

# 1. 創建角色
def create_hero(name, job, hp=100, mp=50):
    """創建英雄角色"""
    # 請完成此函式
    pass

# 2. 升級角色
def level_up(hero_name, current_level):
    """角色升級"""
    # 請完成此函式
    pass

# 3. 顯示角色資訊
def show_status(name, level, hp, mp):
    """顯示角色狀態"""
    # 請完成此函式
    pass

練習提示

1. create_hero() 要回傳角色資訊（可用字典）
2. level_up() 要計算新等級的HP和MP
3. show_status() 要美化顯示角色資訊

測試程式：

hero = create_hero("亞瑟", "騎士")
show_status(hero["name"], hero["level"], hero["hp"], hero["mp"])
hero = level_up(hero["name"], hero["level"])

運算思維總整理

今天學到的運算思維

運算思維	在函式中的應用	實例
問題分解	將大功能拆成小函式	戰鬥系統 → 攻擊、防禦、治療
抽象化	函式封裝複雜邏輯	attack() 內部計算傷害
模式識別	找出重複的程式碼	相似的攻擊 → 統一函式
演算法設計	設計函式執行步驟	傷害計算流程

函式設計思考流程

1.  確認功能需求
   ↓
2.  分解成小功能
   ↓
3.  設計函式介面（名稱、參數、回傳值）
   ↓
4.  實作函式內容
   ↓
5.  測試與除錯
   ↓
6.  整理與優化

本週總結 你已經學會了：

函式的定義與呼叫語法 (def)
參數的使用（位置、關鍵字、預設值）
回傳值的應用 (return)
區域變數與全域變數的差異
設計實用的魔法函式
運用運算思維分解問題

你現在可以：

• 建立可重複使用的程式模組
• 設計清晰的函式介面
• 將複雜功能分解成簡單函式

作業：打造你的魔法咒語庫

選擇一個選項完成作業：

選項一：基礎練習 (適合初學者)

設計一個「冒險者魔法系統」，包含以下函式：

1. 專屬魔法：my_magic(caster, target, magic_name)

   • 顯示施法者、目標和魔法名稱
   • 回傳魔法造成的傷害數值

2. 角色管理：create_hero(name, job, hp=100, mp=50)

   • 創建角色並回傳角色資訊（字典格式）

3. 角色升級：level_up(hero)

   • 提升角色等級，並增加HP和MP

4. 顯示角色資訊：show_status(hero)
   • 美化顯示角色的當前狀態

測試程式：

# 測試專屬魔法
damage = my_magic("勇者", "怪物", "聖光術")
print(f"造成的傷害：{damage}")

# 測試角色管理
hero = create_hero("亞瑟", "騎士")
show_status(hero)
hero = level_up(hero)
show_status(hero)

選項二：進階應用 (有點挑戰性)

設計一個「魔法戰鬥系統」：

1. 多重魔法：cast_spell(caster, target, spell_type, power, critical=False)
   • 支援至少3種魔法類型（火、冰、雷）
   • 有暴擊機制（傷害x2）
   • 回傳實際造成的傷害

2. 連續施法：chain_cast(caster, targets, spell_type, power)

   • 對多個目標施放同一魔法
   • 每個目標傷害遞減10%
   • 回傳總傷害

3. 魔力管理：check_mp(current_mp, spell_cost, max_mp=100)

   • 檢查MP是否足夠
   • 顯示剩餘MP百分比
   • 回傳是否可以施法（True/False）

選項三：創意發揮 (自由度高)

設計一個「完整的RPG角色系統」：

需求：

• 至少5個函式，包含角色創建、戰鬥、升級、裝備系統等
• 使用各種參數類型（位置、關鍵字、預設值）
• 要有適當的回傳值
• 函式之間要能互相配合運作
• 加上清楚的註解說明

額外挑戰：

• 設計一個函式接收任意數量的參數（*args）
• 設計一個函式接收任意關鍵字參數（**kwargs）

感謝聆聽！

Happy Coding!