Programming 101 Learn to Code with the Processing Language Using a Visual Approach Second Edition Jeanine Meyer Programming 101: Learn to Code with the Processing Language Using a Visual Approach Jeanine Meyer Mt Kisco, NY, USA ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-8193-2 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-8194-9 https://doi.org/10.1007/978-1-4842-8194-9 Copyright © 2022 by Jeanine Meyer This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed. Trademarked names, logos, and images may appear in this book. Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights. While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made. The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein. Managing Director, Apress Media LLC: Welmoed Spahr Acquisitions Editor: James Robinson-Prior Development Editor: James Markham Coordinating Editor: Jessica Vakili Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, 1 NY Plaza, New York, NY 10004. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail [email protected], or visit www.springeronline.com. Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc). SSBM Finance Inc is a Delaware corporation. For information on translations, please e-mail [email protected]; for reprint, paperback, or audio rights, please e-mail [email protected]. Apress titles may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use. eBook versions and licenses are also available for most titles. For more information, reference our Print and eBook Bulk Sales web page at http://www.apress.com/bulk-sales. Any source code or other supplementary material referenced by the author in this book is available to readers on the Github repository: https://github.com/Apress/Programming-101. For more detailed information, please visit http://www.apress.com/source- code. Printed on acid-free paper To my family, who inspire and teach me. Table of Contents About the Author xv About the Technical Reviewer xvii Acknowledgments xix Introduction xxi Chapter 1: Basics1 Abstract �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1 Programming Concepts ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������3 Programming Languages and Natural Languages ������������������������������������������������������������������3 Values and Variables����������������������������������������������������������������������������������������������������������������3 Functions ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5 Specifying Positions and Angles ����������������������������������������������������������������������������������������������6 Colors ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������7 Development Environment ������������������������������������������������������������������������������������������������������7 Role of Planning ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Under the Covers���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Processing Programming Features �����������������������������������������������������������������������������������������������9 Processing Development Environment ������������������������������������������������������������������������������������9 Functions �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������11 Angles ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������12 Implementing Hello, World ����������������������������������������������������������������������������������������������������������14 Implementing the Daddy Logo ����������������������������������������������������������������������������������������������������22 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������22 Daddy Logo Program �������������������������������������������������������������������������������������������������������������25 v Table of ConTenTs Things to Look Up �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������29 How to Make This Your Own �������������������������������������������������������������������������������������������������������29 What You Learned �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������30 What’s Next ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������31 Chapter 2: Interactions 33 Abstract ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������33 Note ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������33 Programming Concepts ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������35 Events ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������35 Randomness ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������36 Displaying Images from Files ������������������������������������������������������������������������������������������������36 Calculations, Including Built-in Functions �����������������������������������������������������������������������������36 Looping ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������37 Processing Programming Features ���������������������������������������������������������������������������������������������37 Note ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������38 Under the Covers�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������41 Polygon Sketch Operation Overview �������������������������������������������������������������������������������������������42 Implementing the Polygon Sketch ����������������������������������������������������������������������������������������������44 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������44 Polygon Sketch Program �������������������������������������������������������������������������������������������������������47 Coin-Toss Sketch Operation Overview ����������������������������������������������������������������������������������������49 Implementing the Coin-Toss Sketch �������������������������������������������������������������������������������������������52 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������52 Things to Look Up �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������56 How to Make This Your Own �������������������������������������������������������������������������������������������������������56 What You Learned �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������57 What’s Next ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������58 vi Table of ConTenTs Chapter 3: Animation Using Arrays and Parallel Structures 59 Abstract ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������59 More on the Sketches �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������59 Programming Concepts ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������64 Animation ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������65 Logical Operations �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������65 Arrays ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������65 Parallel Structures �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������66 Compound Statements ����������������������������������������������������������������������������������������������������������66 Pseudorandom Processing ����������������������������������������������������������������������������������������������������66 Processing Programming Features ���������������������������������������������������������������������������������������������67 Caution ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������67 Implementing a Bouncing Ball ����������������������������������������������������������������������������������������������������71 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������71 Program ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������72 Implementing a Set of Three Bouncing Balls ������������������������������������������������������������������������������74 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������74 Program ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������74 Implementing Pentagon Bouncing ����������������������������������������������������������������������������������������������76 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������76 Implementing Bouncing Polygons �����������������������������������������������������������������������������������������������78 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������79 Program ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������79 Under the Covers�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������82 Things to Look Up �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������82 How to Make This Your Own �������������������������������������������������������������������������������������������������������83 What You Learned �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������83 What’s Next ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������84 vii Table of ConTenTs Chapter 4: Classes 85 Abstract ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������85 Programming Concepts ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������86 Classes ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������86 Phases of Operations �������������������������������������������������������������������������������������������������������������87 Tolerance or Margin ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������88 Processing Programming Features ���������������������������������������������������������������������������������������������88 Classes ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������88 Definition of Images, Rectangles, and Ellipses ����������������������������������������������������������������������90 Dynamic Arrays ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������90 Tolerance and OK-So-Far Coding ������������������������������������������������������������������������������������������92 Bouncing Objects Overview ��������������������������������������������������������������������������������������������������������92 Implementing the Bouncing Objects �������������������������������������������������������������������������������������������94 Planning ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������94 Program ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������96 Make Path and Travel Path Overview ����������������������������������������������������������������������������������������100 Implementing the Make Path and Travel Path���������������������������������������������������������������������������103 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������104 Program �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������105 Jigsaw Overview �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������109 Implementing the Jigsaw����������������������������������������������������������������������������������������������������������111 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������111 Program �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������114 Under the Covers�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������125 Things to Look Up ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������126 How to Make This Your Own �����������������������������������������������������������������������������������������������������126 What You Learned ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������127 What’s Next �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������127 viii Table of ConTenTs Chapter 5: More Interactions 129 Abstract �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������129 More on the Sketches ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������129 Programming Concepts ������������������������������������������������������������������������������������������������������������130 Ballistic Motion ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������130 Character (char) Data Type vs� String Data Type������������������������������������������������������������������131 Use of Files ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������131 Case Statement �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������131 Elapsed Time �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������131 Regular Expressions ������������������������������������������������������������������������������������������������������������132 Processing Programming Features �������������������������������������������������������������������������������������������132 The char Data Type ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������132 The keyPressed Function, key, and keyCode �����������������������������������������������������������������������133 Table Files ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������133 The Switch Statement ���������������������������������������������������������������������������������������������������������133 The millis and Other Time Functions �����������������������������������������������������������������������������������135 The match Function for Regular Expressions ����������������������������������������������������������������������136 ArrayList ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������136 Under the Covers�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������136 Slingshot Operation Overview ���������������������������������������������������������������������������������������������������138 Implementing the Slingshot Sketch ������������������������������������������������������������������������������������������139 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������139 Programming the Slingshot Sketch �������������������������������������������������������������������������������������142 Snake Operation Overview ��������������������������������������������������������������������������������������������������������151 Implementing the Snake Sketch �����������������������������������������������������������������������������������������������153 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������154 Programming the Snake Sketch ������������������������������������������������������������������������������������������155 Image Test Operation Overview �������������������������������������������������������������������������������������������163 Implementing the Image Test ����������������������������������������������������������������������������������������������166 ix Table of ConTenTs Things to Look Up ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������171 How to Make This Your Own �����������������������������������������������������������������������������������������������������171 What You Learned ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������172 What’s Next �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������172 Chapter 6: Images and Graphics 173 Abstract �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������173 More on the Sketches ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������174 Programming Concepts ������������������������������������������������������������������������������������������������������������176 Images As Arrays of Pixels ��������������������������������������������������������������������������������������������������177 Case Statement �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������177 Pixel Processing ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������177 The beginShape and endShape Vertex Functions ���������������������������������������������������������������178 Changing the Coordinate System ����������������������������������������������������������������������������������������178 Hue-Saturation-Brightness Color Mode�������������������������������������������������������������������������������179 Changing Image Sketch Overview ���������������������������������������������������������������������������������������179 Implementing the Image Transformations ��������������������������������������������������������������������������������187 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������187 Programming the Image Sketch �����������������������������������������������������������������������������������������������188 Origami Flower Graphic Overview ��������������������������������������������������������������������������������������������191 Planning �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������191 Implementing the Origami Flower Sketch���������������������������������������������������������������������������������192 Programming the Origami Flower ���������������������������������������������������������������������������������������������194 Programming the Hexagon with HSB Color Mode���������������������������������������������������������������������197 Under the Covers�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������203 Things to Look Up ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������204 How to Make This Your Own �����������������������������������������������������������������������������������������������������205 What You Learned ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������206 What’s Next �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������206 x