### 4.1.3 編程語言對模塊化編程的支持 在 1950 年代，由于計算機內存容量很小，程序員們千方百計地想盡量減小程序的大小。 匯編語言中最早出現了子例程（subroutine）和宏（macro）的構造，其目的正是為了減小程 序大小。子例程和宏可以實現了“一次編寫、多處多次使用”，從而避免了在程序中的重復 代碼，縮短了代碼長度。 從 1960 年代開始，高級編程語言中出現了支持模塊化編程的語言構造，這種構造在不 同語言中可能有不同的名稱和形式，除了上面提到的子例程之外，還有子程序（subprogram）、 過程（procedure）、函數（function）以及由過程和函數組成的模塊、包（package）等構造。 以下我們用“子程序”來泛指這些模塊化構造。 子程序是指程序中的一段代碼，它執行特定任務，并且與同一程序中的其他部分是相對 獨立的。顧名思義，子程序也是程序，也是由許多計算步驟構成的指令序列；但抽象地看， 可以將一個子程序視為一個操作或高級指令，可以作為更大的程序中的一個簡單步驟來使 用。在程序的一次執行中，可以多次、多處執行子程序。子程序概念雖然仍然有避免重復代 碼、減小程序大小的作用，但其更重要的目的是使程序更加模塊化。 子程序構造一般涉及以下一些內容： + 子程序的創建：定義子程序的名字和代碼（程序體）。 + 子程序的調用和返回：調用就是要求執行子程序，而子程序執行完畢應當將控制返 回給調用者。 + 參數：相當于子程序所需的輸入數據，一般需要預先聲明參數的類型和個數，并在 調用時提供具體的參數值。 + 返回值：相當于子程序的輸出數據，一般需要預先聲明返回值的類型。 + 局部變量：子程序中定義的變量在子程序外部是不可見的，亦即子程序構成了一個 私有名字空間。這是子程序獨立性的一種表現。 + 全局變量：子程序外部定義的變量如果被聲明為全局變量，那么所有子程序都可以 共享使用、操作該變量。 有的編程語言（如 Pascal 語言）同時提供兩種子程序構造：過程和函數。過程不產生 返回值，因此總體上相當于一條命令語句，只規定了要執行的操作；而函數不但要執行一些 計算，更重要的是需要將計算結果返回給調用者，因此函數在使用時相當于一個數據。 有的編程語言（如 C 語言）則不將子程序區分為過程和函數，而是統稱為函數。過程 就是沒有返回值的函數。不過，更現代的語言（如 Python）要求函數必須具有返回值，“過 程”其實是返回某種特殊值（如 Python 中的 None）的函數。 子程序是傳統的過程式語言中的模塊化構造。模塊化編程方法經過多年發展，又派生出 了面向對象編程方法。在面向對象語言中，對象實際上就是模塊概念的推廣，傳統模塊之間 的調用接口相應地發展成了對象之間的消息傳遞接口。 一個編程語言一般只提供基本的編程構造（數據類型、語句、子程序等），用戶所需的 實用功能都必須由自己編程實現。為了幫助用戶進行應用開發，專業軟件開發商一般會為某 種編程語言開發很多提供標準功能的子程序，用這種語言編程時可以直接調用這些標準子程 序。這些標準子程序構成了所謂的程序庫，它是軟件重用、共享和營銷的重要形式。例如 math 和 string 就是 Python 語言的標準庫。同樣地，面向對象編程語言則以類庫的形式 為程序員提供大量的標準功能代碼。 總之，子程序是強大的模塊化編程工具，通過將復雜程序分解為子程序，可以大大降低 開發復雜程序的難度，使問題變得可理解、易開發。另外，子程序的獨立性還意味著可以由 團隊來開發復雜程序，從而提高軟件生產率。最后，由于較小的子程序更容易驗證正確性， 所以模塊化開發還可以保證復雜程序的質量和可靠性。