結構化程式設計是什麼？定義、控制結構與撰寫技巧全解析
隨著軟體開發技術的發展，如何撰寫出易讀、易維護且高效執行的程式碼，成為程式設計師必備的能力。而「結構化程式設計」（Structured Programming）正是一種實現這些目標的重要程式設計方法論。它不僅是電腦科學領域中的基礎概念，更是提升程式碼品質、降低開發成本的關鍵。
一、結構化程式設計的三大基本控制結構
結構化程式設計是一種遵循「自上而下」（top-down）的方式來設計程式，強調將程式劃分為具有明確功能的小模塊，並透過控制流程結構來組織這些模塊。該方法於 1970 年代由電腦科學家 Dijkstra 等人提出，目的是解決當時「隨機跳躍」式程式碼所帶來的混亂與低效問題。
結構化程式設計的核心理念是「避免使用 GOTO 語句」，並以三種基本控制結構取而代之：
- 順序結構（Sequence）：按照語句的先後順序依次執行。
- 選擇結構（Selection）：根據條件選擇不同的執行路徑（如 if-else、switch）。
- 迴圈結構（Iteration）：反覆執行某段程式碼直到條件不成立（如 for、while 迴圈）。
這三種基本結構能表達所有演算法邏輯，保證程式碼的可讀性與可維護性。
二、為什麼結構化程式設計能提升程式碼品質？
- 提升可讀性：簡潔、清晰的程式碼結構，使程式設計師能快速理解程式邏輯，方便後續維護與擴展。
- 降低錯誤率：規範的控制流程減少程式跳躍的可能，降低程式錯誤與 Bug 產生的風險。
- 增強可維護性：模組化設計使程式邏輯分層，修改或擴展功能時不必影響整體程式架構。
- 有助於除錯與測試：程式結構清晰，單元測試可針對獨立模塊進行，除錯更加高效。
- 利於團隊協作：一致的程式風格與架構，使團隊成員能快速接手彼此的程式碼，提高開發效率。
三、結構化程式設計實務應用
1. 模組化設計
將程式拆解為若干小型且功能單一的模塊，每個模塊負責解決特定問題。這種做法不僅提升了程式的可讀性，也便於測試與除錯。
2. 善用函式與子程式
避免將所有邏輯都寫在主程式中，而是根據功能劃分不同函式。函式的命名應具描述性，能夠準確表達其功能。
3. 避免深層巢狀結構
過於複雜的巢狀條件判斷會降低程式碼的可讀性。應考慮邏輯簡化，例如使用早期返回（Early Return）來減少不必要的巢狀結構。
4. 控制流程單一進出
每個函式或模塊應只有一個進入點和一個返回點，避免在函式內部出現多處返回值，以維持流程的單一性。
5. 使用註解輔助理解
雖然良好的程式結構能減少對註解的依賴，但適當的註解仍有助於說明複雜的邏輯或特殊處理。
四、常見錯誤與如何避免
- 濫用 GOTO 語句：跳躍式執行流程會使程式邏輯混亂，難以理解和維護。
- 長函式/長模塊：單一函式過於龐大，往往包含過多邏輯，難以分辨功能與除錯。
- 過度巢狀結構：條件判斷層層疊加，程式碼可讀性差，不利於理解與維護。
- 全域變數濫用：大量使用全域變數會導致程式模塊間的耦合度上升，使除錯困難。
五、結構化程式設計在現代開發中的延伸
隨著軟體開發技術不斷演進，結構化程式設計已經成為現代程式設計風格的基礎。如今，物件導向程式設計（OOP）、函數式程式設計（Functional Programming）等範式在實踐中也充分融合了結構化程式設計的思想。
- 物件導向程式設計：強調資料與行為封裝，降低模塊間耦合，仍需遵循結構化設計的模組劃分原則。
- 函數式程式設計：強調不可變資料與純函數，避免副作用，與結構化程式設計的「單一功能模塊」原則一脈相承。
六、結論：撰寫流暢、高效程式碼的關鍵
結構化程式設計是一種讓程式碼更加流暢、高效的程式設計方法論。它透過順序、選擇、迴圈三種基本控制結構，以及模組化設計、避免 GOTO 等原則，使程式碼邏輯更加清晰、易於維護。
無論程式語言如何演進，良好的程式設計思維始終是開發高品質軟體的關鍵。而結構化程式設計正是這種思維的根基，幫助我們在複雜的開發過程中，寫出更加流暢、高效且易於維護的程式碼。