序章：如何编写程序

1.序幕

本书使用的是编辑器DrRacket，使用的是其中的选择语言——教学语言——程序设计初级，选择之后重新点击运行即可。
该编辑器的下半屏幕是交互区，上半屏幕是定义区，编辑文件以后，可以保存以后，点击运行，从而在下方的交互区看到输出结果。比如，在定义区输入：

(+ 1 1)

你会看到底部交互区呈现的结果是：

2

这样，你就可以输入下面这几个表达式，看看交互区会得到什么结果：

(+ 2 2) 
(* 3 3) 
(- 4 2) 
(/ 6 2) 

结果应该是4 9 2 3，就好像你期待的一样。下面，是不得不进行的术语定义时间。

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术语

• 程序由表达式构成。你可能有看到一些数学上的表达式，但是，一个表达式可以是一个数字或者其他被括号()包围的东西——成对的括号及其内容物会被DrRacket用阴影覆盖。
• 当你点击运行的时候，编辑器会对定义区的表达式求值，病将其返回值输出到交互区的顶部，然后等待你的下一条命令；得到你的命令（输入的表达式）后，其会对表达式求值，返回结果，再次进入等待状态。看下面这几条交互区的实例：

> (+ 2 2)
4
> (sqr 3)
9
> (sin 0)
0
> (cos pi)
#i-1.0

• 最后一个表达式里面添加了前缀#i，表示这是一个不精确的数字（inexact number）。

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介绍了足够的术语后，下面继续。我们可以发现，这里的DrRacket可以加总两个以上的数字，还可以嵌套！

> > (+ 2 (+ 2 3))
7
> (+ 2 3 2)
7

第一个是所谓的嵌套算数，正如在学校里面学到的。而第二个则是火箭算数，且它看起来是自然的，如果你总是将操作符和操作数用括号包围起来的话。在教学语言——HtDP——BSL中，你可以任意使用嵌套表达式，其中表达式的左端是操作符，右端是操作数，嵌套层级则随你使用：

> (+ 2 (+ (* 3 3) 4)) 
15
> (+ 2 (+ (* 3 (/ 12 4)) 4)) 
15
> (+ (* 5 5) (+ (* 3 (/ 12 4)) 4)) 
38

但是，要注意：括号必须是成对的，既不能多，也不能少。比如下面这个表达式，在作业中是没有问题的：

> (+ (1) 2)
function call: expected a function after the open parenthesis, but found a number

结果会报错……

P.S. 你可以将光标移动到操作符的附近，按下<kbd>F1</kbd>，然后你就可以获取所需要的帮助文档了。

如果你不知道一个操作符有什么用，就在交互区输出示例，然后查看结果。这也是之后阅读代码所需要的技能。

2. 数字之外的内容

如果程序只能处理数字，会跟mathematics一样无聊（虽然看这个的人可能已经在使用或者之后需要使用它）。但幸运的是，这里可以处理数字以外的东西，比如：文本、布尔值、图片等等。

下面是文本处理的示例程序：

(string-append "hello" "world")
(string-append "hello" " " "world")
(string-append "hel" "lo world")

当你输入病运行上述代码的时候，下面的交互区会显示：

"helloworld"
"hello world"
"hello world"

为了理解发生了什么，你需要知道：在BSL中，文本是用双引号包围起来的字符。当DrRacket对字符串求值的时候，会返回字符本身。所以HelloWorld在这里特别简单，只需要输入"Hello world!"即可。

而string-append本身则是操作符之一，作用是将多个字符串从左到右顺序连接起来，只是连接了字面值，而没有加入换行符之类的内容。如果想知道更多与字符串相关的操作符，可以按下<kbd>F1</kbd>，然后搜索Begin，点击Beginning Student。

如果你已经做了上面所述的工作，你应该能看到这些内置（或者说预定义）的，与字符串相关的操作符了。然后，就可进行相关的操作，如下：

> (+ (string-length "Hello world!") 20)
32

然后，DrRacket会对表达式进行求值，打印结果。这意味着，你的输入可以不只是数字，输入和输出的类型可以不同，比如下面展示的类型转换函数：

> (number->string 42)
"42"
> (string->number "42")
42

恩……如果你希望能得到四二之类的答案，可能要大失所望了——这并不是一个字符串操作符能做到的事情……

而这第二个操作符会使人产生疑惑：如果输入的不是一个数字字符串，二是其他东西，会怎么样呢：

> (string->number "Hello")
#false

得到了一个布尔值的错误。在DrRacket中，布尔值由两个值表示：#true/#false。自然，其也能够支持逻辑运算符and、or和not。虽然把数字转换为布尔值不可行，但是可以将两个以上的数字“转换”为布尔值：

(> 10 9)
(< -1 0)
(= 42 42)
(= 3 4)
; 返回值
#true
#true
#true
#false

你可以开始尝试下面这几个表达式(>= 10 10)、(<= 3 4)和(string=? "design" "tkinter")。虽然最后一个长得有点奇怪，但是要相信自己：你可以的~

在进入真正的编程之前，会展示一种额外的数据：图片。如果需要将图片插入交互区，你只需要将下面这张图：

image.png

插入交互区，就可以看到DrRacket返回图片本身了。

P.S. 你可以使用插入菜单，并点击插入图片来完成这个壮举。

这里，BSL可以理解图片，如同理解数字和字符串一般。除此之外，该语言还支持一个包，。这些包可以像扩展你的词典一般，为你的程序词典添加新的内置函数。我们在教学中会使用这些包，并称其为教学包。

现在，我们可以使用包2htdp/image，其支持对图片的计算：

火箭程序实例.PNG

输入如图所示的程序以后，你可以得到一个返回值：1176，因为这个图的面积为28 X 42 像素。当然，你还可以使用一些函数来进行画图，如circle函数和rectangle函数：

(circle 10 "solid" "red")
(rectangle 30 20 "outline" "blue")

除此之外，DrRacket还支持图像之间的组合，如下：

(overlay (circle 5 "solid" "red")
         (rectangle 20 20 "solid" "blue"))

将两张图片的构造函数换个顺序，你会发现结果有所不同：

(overlay (rectangle 20 20 "solid" "blue")
         (circle 5 "solid" "red"))

在这里，你可以将overlay视作string-append，其像后者一样，操作数的先后会影响结果，与此同时，你还可以对其使用前面的求宽度操作符：

(image-width (square 10 "solid" "red"))
(image-width
 (overlay (rectangle 20 20 "solid" "blue")
          (circle 5 "solid" "red")))
          
; 结果
10
20

除了这些，你还应该知道另外两个操作符：empty-scene和place-image。前者创建一个场景，属于特殊的矩形；后者则将一张图放置到这样的场景中。

(place-image (circle 5 "solid" "green")
             50 80
             (empty-scene 100 100))

你看，结果如下：

empty-scene实例.png

其中，这幅场景的原点(0, 0)位于左上角，y值向下递增；x值向左递增。所以你看到的坐标(50, 80)是在那里。

现在总结一下这节的内容：

我们不再只是处理数字，而且可以处理字符串，布尔值以及图片。计算现在依旧意味着：给表达式传入特定的值，如字符串，数字，布尔值或者图片。但是，你下次就可以让这个火箭“飞起来”了。