24、深入理解Processing中的函数使用

深入理解Processing中的函数使用

1. 函数的复用

在编程中，函数的复用是一项非常实用的特性。以绘制气球为例，我们可以通过定义一个绘制气球的函数，然后多次调用该函数来在画布上绘制多个气球。

首先，我们有一个简单的绘制单个气球的程序：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon();
}
void balloon()
{
    int lineLength = 50;
    int diameter = 20;
    int column = int( random(width) );
    int row = int( random(height) );
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

当 setup() 函数中的 balloon() 函数调用完成后，程序执行结束。

若要绘制多个气球，我们可以多次调用 balloon() 函数。例如，绘制三个气球的代码如下：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon();
    balloon();
    balloon();
}
void balloon()
{
    int lineLength = 50;
    int diameter = 20;
    int column = int( random(width) );
    int row = int( random(height) );
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

每次调用 balloon() 函数时，执行流程如下：
1. 执行流程跳转到 balloon() 函数。
2. 执行 balloon() 函数体内的绘制气球的语句。
3. 执行流程返回到调用 balloon() 函数的位置。

另外，我们还可以使用 for 循环来实现绘制多个气球的功能。例如，绘制五个气球的代码如下：

void setup()
{
    size(200, 200);
    for (int count = 1; count <= 5; count = count + 1)
    {
        balloon();
    }
}
void balloon()
{
    int lineLength = 50;
    int diameter = 20;
    int column = int( random(width) );
    int row = int( random(height) );
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

每次 for 循环执行时，都会调用 balloon() 函数，从而在画布上绘制一个随机位置的气球。

2. 函数的参数和参数传递

在前面的例子中， balloon() 函数的参数列表为空。但实际上，函数可以定义参数，以便在调用时传递所需的信息。参数是函数定义中要求传递的信息项，而在调用函数时提供的对应信息项则称为参数。

2.1 添加单个参数

以 BalloonDraw 程序为例，当前气球的直径是在 balloon() 函数内部通过赋值语句和局部变量指定的：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon();
}
void balloon()
{
    int lineLength = 50;
    int diameter = 20;
    int column = int( random(width) );
    int row = int( random(height) );
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

为了使气球的直径可以根据我们的需求进行调整，我们需要为 balloon() 函数添加一个参数。在函数头中声明参数变量，就像定义其他变量一样，先指定变量的类型，再指定变量的名称。因此，我们将 balloon() 函数的头修改为：

void balloon(int diameter)

此时，我们有了一个名为 diameter 的参数变量，用于存储调用 balloon() 函数时传递的直径参数值。

由于参数变量是局部变量，其作用域仅限于函数内部。因此，我们需要删除 balloon() 函数体内原来的 int diameter = 20; 语句，修改后的代码如下：

void balloon(int diameter)
{
    int lineLength = 50;
    int column = int( random(width) );
    int row = int( random(height) );
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

然而，当修改了函数定义后，调用 balloon() 函数时会出现错误，因为现在调用函数时必须提供一个参数。错误信息为： The function balloon() expects parameters like "balloon(int)" 。

为了解决这个问题，我们需要在调用 balloon() 函数时提供一个参数。例如，传递直径为40的参数：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon(40);
}

这样，当程序运行时， setup() 函数被自动调用，执行到 balloon(40) 时，执行流程跳转到 balloon() 函数，参数值40被传递给 diameter 参数变量，然后执行 balloon() 函数体内的语句，绘制一个直径为40像素的气球。

2.2 添加多个参数

如果我们希望气球可以绘制在指定的像素位置，而不是随机位置，我们需要为 balloon() 函数添加更多的参数。在函数头中添加 column 和 row 参数：

void balloon(int column, int row, int diameter)

添加参数后， balloon() 函数体内原来的随机生成 column 和 row 的语句会出现错误，因为现在有了同名的局部变量。我们需要删除这些语句，修改后的代码如下：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon(40); // 这里会报错，后续会修改
}
void balloon(int column, int row, int diameter)
{
    int lineLength = 50;
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

此时，调用 balloon() 函数时会再次出现错误，错误信息为： The function balloon() expects parameters like "balloon(int, int, int)" 。

为了解决这个问题，我们需要在调用 balloon() 函数时提供三个参数。例如，绘制一个中心位于像素列75、像素行100，直径为30像素的气球：

void setup()
{
    size(200, 200);
    balloon(75, 100, 30);
}

在调用函数时，参数的顺序和类型必须与函数定义中的参数列表匹配。第一个参数75会被赋值给 column 参数变量，第二个参数100会被赋值给 row 参数变量，第三个参数30会被赋值给 diameter 参数变量。

下面是函数调用和参数传递的流程图：

graph TD;
    A[开始] --> B[调用setup()函数];
    B --> C[调用size()函数设置画布大小];
    C --> D[调用balloon(75, 100, 30)函数];
    D --> E[跳转到balloon()函数];
    E --> F[将参数75赋值给column，100赋值给row，30赋值给diameter];
    F --> G[执行balloon()函数体内的语句];
    G --> H[绘制气球];
    H --> I[返回调用处];
    I --> J[setup()函数执行结束];
    J --> K[程序结束];

3. Processing中的其他特殊void函数

在Processing中，除了我们自定义的函数外，还有一些特殊的 void 函数，这些函数会自动调用或在特定的鼠标或键盘事件发生时调用。这些函数对于创建动画和交互性非常有用，但对于初学者来说可能会有些困惑。

3.1 draw() 函数

setup() 函数是一个特殊的 void 函数，当我们定义了 setup() 函数时，Processing会自动调用它，且只调用一次。而 draw() 函数是另一个特殊的Processing函数，它提供了一种不同类型的重复机制。

如果我们定义了 draw() 函数，当程序运行且 setup() 函数的操作完成后，Processing会自动反复调用 draw() 函数，直到我们停止程序。这种自动重复调用 draw() 函数的特性在大多数编程语言中是没有的，但它对于创建动画和交互性至关重要。

下面是一个简单的示例，展示了 setup() 函数和 draw() 函数的使用：

void setup()
{
    println("setup() was called");
}
void draw()
{
    println("draw() was called");
}

当运行这个程序时，Processing会先调用 setup() 函数，输出 setup() was called ，然后开始反复调用 draw() 函数，不断输出 draw() was called ，直到我们停止程序。

在使用 draw() 函数时，需要考虑以下两个关键事实：
1. draw() 函数会在 setup() 函数调用完成后立即自动调用。
2. draw() 函数会被反复调用，因此其中包含的语句会不断执行。

综上所述，通过函数的复用、参数传递以及特殊函数的使用，我们可以在Processing中实现更加复杂和灵活的程序。函数的复用可以提高代码的可维护性和可扩展性，参数传递可以使函数更加通用，而特殊函数则为创建动画和交互性提供了强大的支持。

深入理解Processing中的函数使用

4. 特殊函数在动画和交互中的应用

特殊函数在Processing中为动画和交互的实现提供了强大的支持，下面我们将进一步探讨它们在实际应用中的具体用法。

4.1 draw() 函数实现简单动画

draw() 函数的自动重复调用特性非常适合用于创建动画。我们可以通过在 draw() 函数中不断更新图形的位置、大小或颜色等属性，来实现动画效果。

以下是一个简单的动画示例，让一个圆形在画布上不断移动：

int x = 0; // 圆形的初始x坐标

void setup() {
    size(400, 400);
}

void draw() {
    background(255); // 每次绘制前清除画布
    ellipse(x, height/2, 50, 50); // 绘制圆形
    x = x + 2; // 更新圆形的x坐标
    if (x > width) {
        x = 0; // 如果圆形移出画布，重置x坐标
    }
}

在这个示例中， setup() 函数用于设置画布的大小。 draw() 函数会不断被调用，每次调用时，先清除画布，然后绘制一个圆形，接着更新圆形的 x 坐标，使其向右移动。当圆形移出画布时，将 x 坐标重置为0，从而实现圆形在画布上循环移动的动画效果。

4.2 鼠标和键盘事件相关的特殊函数

除了 setup() 和 draw() 函数外，Processing还提供了一些与鼠标和键盘事件相关的特殊函数，这些函数会在特定的鼠标或键盘事件发生时自动调用。

• mousePressed() ：当鼠标按钮被按下时调用。
• mouseReleased() ：当鼠标按钮被释放时调用。
• keyPressed() ：当键盘上的某个键被按下时调用。
• keyReleased() ：当键盘上的某个键被释放时调用。

以下是一个简单的示例，展示了 mousePressed() 函数的使用：

void setup() {
    size(400, 400);
}

void draw() {
    background(255);
}

void mousePressed() {
    fill(random(255), random(255), random(255)); // 随机填充颜色
    ellipse(mouseX, mouseY, 50, 50); // 在鼠标点击位置绘制圆形
}

在这个示例中， setup() 函数设置画布大小， draw() 函数不断清除画布。当鼠标按钮被按下时， mousePressed() 函数会被调用，它会随机生成一种颜色，并在鼠标点击的位置绘制一个圆形。

下面是这些特殊函数的调用时机总结表格：
| 函数名 | 调用时机 |
| ---- | ---- |
| setup() | 程序开始时自动调用，且只调用一次 |
| draw() | setup() 函数执行完成后，自动反复调用，直到程序停止 |
| mousePressed() | 鼠标按钮被按下时调用 |
| mouseReleased() | 鼠标按钮被释放时调用 |
| keyPressed() | 键盘上的某个键被按下时调用 |
| keyReleased() | 键盘上的某个键被释放时调用 |

5. 函数使用的最佳实践

在使用函数时，遵循一些最佳实践可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。

5.1 函数的单一职责原则

每个函数应该只负责完成一个明确的任务。例如，在前面的气球绘制示例中， balloon() 函数只负责绘制一个气球，这样可以使函数的功能更加清晰，便于理解和维护。如果一个函数承担了过多的任务，会导致代码变得复杂，难以调试和修改。

5.2 参数的合理使用

在定义函数时，要合理使用参数。参数应该是函数完成任务所必需的信息，避免使用过多不必要的参数。同时，要确保参数的类型和顺序在函数定义和调用时保持一致，以避免出现错误。

5.3 注释和文档

为函数添加适当的注释和文档是非常重要的。注释可以帮助其他开发者（也包括未来的自己）理解函数的功能、参数的含义和返回值等信息。例如，在 balloon() 函数前添加注释，说明该函数的作用和参数的用途：

/**
 * 绘制一个气球
 * @param column 气球中心的列坐标
 * @param row 气球中心的行坐标
 * @param diameter 气球的直径
 */
void balloon(int column, int row, int diameter) {
    int lineLength = 50;
    line(column, row, column, row + lineLength);
    fill(255, 0, 0);
    ellipse(column, row, diameter, diameter);
}

下面是函数使用最佳实践的流程图：

graph TD;
    A[定义函数] --> B[遵循单一职责原则];
    B --> C[合理使用参数];
    C --> D[添加注释和文档];
    D --> E[函数调用];
    E --> F[检查参数匹配];
    F --> G[执行函数];
    G --> H[返回结果];

通过遵循这些最佳实践，我们可以编写出更加健壮、易于维护的代码，提高编程效率和代码质量。

综上所述，Processing中的函数使用涵盖了函数的复用、参数传递、特殊函数的应用以及最佳实践等多个方面。掌握这些知识和技巧，可以帮助我们更好地利用Processing进行编程，创建出更加复杂、有趣的程序，实现动画和交互效果。