日更第3期-2015-1-18-openFrameworks系列第二讲-规范学习函数式编程！

昨天周六，我休息了一次。今天感觉心情还不错，就干脆多更一点。恩，同学们，注意啦，今天的课程可是不仅长，

还非常的不轻松哦！我们主要要讲一下C++中继承于C的函数式编程，还有判断这种特殊结构；除此之外，

OpenFrameworks的一些基础函数、概念，我也会悉数讲解。

 

总之，做好觉悟再上吧！

有问题可以发到我的邮箱：nerver0stop@163.com

于是，开始今天的课程！

 

C++中的函数式编程

 

于是，先把我下面的这些代码敲到你的编辑器里吧。

//ofApp.cpp

#include "ofApp.h"

int posX;
int posY;
//球的位置
double speedX;
double speedY;
//球的速度
int windX;
int windY;
//程序窗口大小
double lossRate;
//速度减慢的速率（即加速度的百分比形式）
float hue;
//球的色相
float ballRadius;
//球的半径

bool isShot = false;
//是否截图
bool isSmalling = true;
//是否球在变小
//以上代码请放在最上面

void changeDirection(int x, int y);
//改变方向的函数
void outRange();
//检查是否出界的函数
void slow();
//减慢小球速度的函数
void changeSize();
//改变小球大小的函数

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::setup(){
    posX=200;
    posY=180;
    //赋予小球初始位置
    speedX=1;
    speedY=-1;
    //赋予小球初始速度
    lossRate = 0.999;
    //赋予小球损失速率
    ballRadius = 60;
    //赋予小球初始半径
    ofSetCircleResolution(30);
    //设置显示小球的为 30边形
    hue = fmodf(ofGetElapsedTimef()*10,255);
    //从系统时间得到色相值
    ofColor c;
    c.setHsb( hue,200,200);
    //把色相值转化为颜色
    ofSetColor(c);
    //设置颜色
}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::update(){
    windX = ofGetWindowWidth();
    windY = ofGetWindowHeight();
    //获取当前窗口宽高
    hue++;
    //色相增加
    if(hue > 255)
    {
        hue = 0;
    }
    //如果色相值越界，重新取0

    outRange();
    //检查小球是否越界

    posX += speedX;
    posY += speedY;
    //小球更新坐标
    
    slow();
    //小球减慢速度
    changeSize();
    //改变小球尺寸
}


//--------------------------------------------------------------
void ofApp::draw(){
    ofBackgroundGradient(ofColor::white,ofColor(100,100,100), OF_GRADIENT_CIRCULAR);
    //画有渐变的背景
    if(isShot)
    {
        ofBeginSaveScreenAsPDF("screenshot-"+ofGetTimestampString()+".pdf", false);
    }
    //开始准备截屏
    ofFill();
    //确认填充状态为填充
    ofColor c;
    c.setHsb( hue,200,200);
    ofSetColor(c);
    //确认现在填充颜色状态为c
    ofCircle(posX, posY, ballRadius);
    //画出小球
    if(isShot)
    {
        ofEndSaveScreenAsPDF();
        isShot = false;
    }
    //截图
}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::keyPressed(int key){
    if(speedX>2000 || speedX < -2000 || speedY >2000 || speedY <  -2000)
    {
        return;
    }
    //检查小球是否超速；如果超速，不再增加
    if(key == 'W' || key == 'w' || key ==OF_KEY_UP)
    {
        speedY -= 5;
    }
    if(key == 'S' || key == 's' || key ==OF_KEY_DOWN)
    {
        speedY += 5;
    }
    if(key == 'A' || key == 'a' || key ==OF_KEY_LEFT)
    {
        speedX -= 5;
    }
    if(key == 'D' || key == 'd' || key ==OF_KEY_RIGHT)
    {
        speedX += 5;
    }
    if(key ==' ')
    {
        speedX = 0;
        speedY = 0;
        //强制停止小球
    }
    //根据不同键位确定对小球的指令
}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::keyReleased(int key){
    
    if(key =='p'|| key =='P')
    {
        isShot = true;
    }
    //确认截图
}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::mouseMoved(int x, int y ){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::mouseDragged(int x, int y, int button){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::mousePressed(int x, int y, int button){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::mouseReleased(int x, int y, int button){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::windowResized(int w, int h){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::gotMessage(ofMessage msg){

}

//--------------------------------------------------------------
void ofApp::dragEvent(ofDragInfo dragInfo){ 

}

void outRange()
{
    if(posX>windX-ballRadius)
    {
        posX = windX-ballRadius;
        changeDirection(1,0);
    }
    if(posX<0+ballRadius)
    {
        posX = 0+ballRadius;
        changeDirection(1,0);
    }
    if(posY>windY-ballRadius)
    {
        posY = windY-ballRadius;
        changeDirection(0,1);
    }
    if(posY<0+ballRadius)
    {
        posY = 0+ballRadius;
        changeDirection(0,1);
    }
    //检查是否出界
}

void slow()
{
    speedX *= lossRate;
    speedY *= lossRate;
    //减慢小球速度
}

void changeDirection(int x, int y)
{
    if(x==1)
    {
        speedX *= -1;
    }
    if(y==1)
    {
        speedY *= -1;
    }
    //改变小球方向
}

void changeSize()
{
    if(isSmalling == true)
    {
        ballRadius -= 0.1;
    }
    else
    {
        ballRadius += 0.1;
    }

    if(ballRadius <= 30)
    {
        isSmalling = false;
    }
    if(ballRadius >= 90)
    {
        isSmalling = true;
    }
    //改变小球大小
}

//main.cpp
#include "ofMain.h"
#include "ofApp.h"

//========================================================================
int main( ){
    ofSetupOpenGL(800,600,OF_WINDOW);            // <-------- setup the GL context

    // this kicks off the running of my app
    // can be OF_WINDOW or OF_FULLSCREEN
    // pass in width and height too:
    ofRunApp(new ofApp());

}

我在这里先声明一件事：我知道带着行号的话不好粘贴复制；我这么做就是因为不想让你们粘贴复制！

为什么呢？因为只是粘贴复制的话，是根本没有任何意义的——但即便仅仅是用手打一遍，看着我的注释，也能大概

理解我到底想做些什么。这就是区别。所以，请不要粘贴复制了，请用自己的手把相应的代码打到相应的位置上去吧！

 

然后我来说一下今天怎么展开我的教程：第一步，讲解OpenFrameworks程序的编程思路，并介绍这是如何实现的；

第二步，讲解C++的判断结构 与 函数式编程；第三步，讲解这个程序里使用的OpenFrameworks函数接口；第四步，

就某些特殊步骤重点讲解；第五步，提出问题和建议，引导读者自行修改程序

 

那么，我先从第一步开始

 

OpenFrameworks编程思路

 

在正式开始讲解之前，我先讲解一个概念：程序其实是多种多样的，常见的有独占型应用、响应型应用、辅助型应用、

精灵型应用等等。（应用和程序指代的东西相同，只不过分类源头不同）什么是独占型应用呢？就是它会默认你在

打开这个应用的时候，就不会打开别的应用；或者，只是某些功能可以独占。比如，游戏，就是一种典型的独占型应用，

它会占据大量内存，也需要CPU的大量运算——你也知道这一点，所以玩游戏的时候就肯定会关上无关的程序，不然

游戏就要卡；当然，所谓独占不一定是完全独占，他可能只独占了显卡、内存，可能不会妨碍你的网络通信，所以你

还可以下载东西之类的。然后，响应型应用就不同了——你如果没有操作，不需要它响应的话，它就不会耗费额外的资源。

（不过有的软件只要打开就会占用很大资源，比如word，但是也可以算为响应型应用，因为它不会自己增加消耗）网页

浏览器是一个比较合适的例子（只要不在上面玩游戏或者播放流媒体的话；不过现在的情况又有了点变化，比如Ajax......

），而一般Windows程序都是以相应型应用的标准做出来的——不然你就不可能同时开着那么多进程了。辅助型应用是

占资源比较低，但是一般一直打开的应用；比如输入法；精灵型应用其实是个老概念，你可以认为，凡是悬浮窗的部分，

就是精灵型应用。

 

那么，终于到重点了，OpenFrameworks上的应用是什么应用呢？答案就是：独占型应用。

 

不知道大家熟不熟悉电影的原理——利用视觉暂留现象，快速的切换画面，使人误以为静止的画面是动起来的 那么一种

现象。而其中，每一幅画面，叫做一帧。在动画、游戏的领域，也同样有“帧”这个称呼。实际上，OpenFrameworks

产生的程序，大部分都是以交互为目标的，那么必然就需要动起来，于是OpenFrameworks就采取了每隔一段时间，

进行计算，更新图形的相应信息，然后整个窗口重新绘制的方法。而这间隔的时间，一般是1/60秒，即16毫秒左右，以

人类的观点来看，是很小的数字；但对于计算机来说，已经足够大了。

 

（这些图片是用并排放着的好几个摄像机拍出来的，后来Muybridge根据这些赛马的图片，创作了人类历史上的第一个小电影。）

 

那么，说了这些知识，无非就是想说明：OpenFrameworks程序每秒钟都会绘制非常多次，而编程的重点，就是把连续

的动作，分为每一段每一段的循环往复的操作。OpenFrameworks现在提供了三个接口函数用于每秒调用：setup()，

update()，draw()。其中setup()是只有开始程序时调用，一般用于初始化；update()和draw()都是每秒调用多次，但是，

update()中一般会写那些数值如何变化的部分；而draw()只负责画。这样的好处是，如果程序很卡，那么会出现掉帧的

现象，但不会是整个程序变慢（具体来讲的话，可以想象竞速类游戏——如果都在draw()里更新的话，那么结果就是，

不卡顿的情况下很正常，卡顿的话，整个车的速度都会变慢；而分开写的话，车的速度不会变，只不过变成一下一下的

瞬移了）所以，我们设计的时候就要考虑怎么合理划分我们的程序内容，怎么把连续的动作化为分解动作。

 

C++的判断结构 与 函数式编程

 

我这里以大家完全没有过编程经验为前提——虽然我强烈建议至少学过C，所以会从很基础讲起；但是，我这里并不是

基础课教程，所以也会只讲我用到的部分，相要学的更好，你就还是需要自己另外的学习的。

 

首先我把程序中的某个句子拿出来：

 

hue++;
    //色相增加
    if(hue > 255)
    {
        hue = 0;
    }
    //如果色相值越界，重新取0

这里的几句话我都会讲的。

 

首先，我说说色相是什么——我会在后面的色彩一节具体的讲解的，但是此处我也粗略的讲一讲。你可以将之理解为

颜色的特征——也就是说只要色相不同，看起来就不一样。其取值范围是0~255。那么，我想要我显示的那个小球的

颜色不停变化的话——我只有把这个色相的值不停地改变，然后每次画的时候，都用新的颜色来画，不就可以了吗？

 

hue++;

这句话就说hue这个”变量“的值增加1。

变量：存储数据的容器

++：自增符号，表示取到自己的值加上1再赋给自己

if(hue > 255)
{
     hue = 0;    
}

上面这段代码的意思是 如果 hue 大于 255 的话， 把0这个数赋给255

这里面包含了一个判断if(){}，就是说当()内的内容被判断为真的时候，运行{}内的内容（也可以不加{}，那样默认

下面的第一行是运行内容）这样，通过判断，我们就保证了hue这个变量的取值一定在0~255之间了。

 

我的程序中还有很多用到了判断的地方，大部分都用相应的注释，请自行消化

 

那么我接下来讲一讲函数

                                       （一张三角函数的图，有没有回忆起初高中）

函数是一个数学上的概念，当然不止是上图所示的三角函数。真正的定义是什么呢：对于给定的某个输入值，一定有唯一

确定的输出。就是说，只要你的输入不变，输出也绝对不变。你可以利用函数来计算或者做某些变化，但是它具体怎么做的，

你在使用它的时候你并不需要关心。

 

实际上，我们在写OpenFrameworks上的程序时，不可能不用OpenFrameworks自带的函数；但是仅有那些还是不够的，

我们有的时候为了简化结构，就需要自己写一些函数。如果你认真看我上面的代码了的话，你就会发现，有这种结构：

void changeDirection(int x, int y);
//改变方向的函数

void changeDirection(int x, int y)
{
    if(x==1)
    {
        speedX *= -1;
    }
    if(y==1)
    {
        speedY *= -1;
    }
    //改变小球方向
}

上面的部分叫做声明，下面是实现。

 

那么为什么要声明？因为程序在编译的时候，是从上到下的，所以如果你的函数在下面的话，使用的时候可能看不见，

那么就需要提前声明一下。

 

根据上面这个函数，我们可以得到这个规律：

void 函数名 (...){...}

不过其实准确来说，是这样：

类型名 函数名(...){...}

什么是类型？就是变量的结构（变量是存储数据的地方），即这个变量是存储什么类型的数据的。void是空类型，即什么

也没有，就是说，我上面那个函数是什么都不会返回的。但是，你也可以让它返回——只要你需要的话。数据类型有很多，

比如上面的int、double。分别代表整型和双精度浮点型。如果展开来说实在太宏大了，所以还仰仗你们自己的学习。

 

我在程序里定义了好几个函数，这样，就缩短了update()这个函数的长度，加强了可读性。

当然，把函数里的东西，都放回到调用它的地方，是完全可行的；但那样很明显不清晰。所以，为了简化结构（从而写出

更负责的程序），人们发明了函数式编程这是必须掌握的。

 

我用到的一些OpenFrameworks程序接口

 

我只介绍几个，因为大部分在代码里看着已经很清晰了

ofFill();

ofSetColor(c);

ofCircle(posX, posY, ballRadius);

以上三个函数是绘图时的核心函数，第一个，用于确认现在的填充状态为填充（如果写ofNoFill()的话就没有填充），第二个，

是设置现在的填充颜色为c这个变量里储存的颜色，第三个，就是在(posX,posY)这个点上画一个半径为ballRadius的圆。

 

现在，你可以运行一下程序了，然后你就可以发现一个可以到处乱动的、不断变着颜色、变着大小的小球就出现了。你按下wasd

或者方向键的话，它就会按你的要求加速减速；按空格就会马上停在原地；按p键就可以截图。

 

 

你可以试着以自己的想法改变一下我的代码，然后观察现象是不是符合你的推测。毕竟，实践是学习的最好方法。