ROS2 Jazzy：写一个简单的发布者/订阅者（C++）

背景知识

节点是通过 ROS 图进行通信的可执行进程。节点将通过话题以字符串消息的形式相互传递信息。这里使用的示例是一个简单的“发布者”和“订阅者”系统；一个节点发布数据，另一个节点订阅该话题以接收这些数据。

这些示例中使用的代码可以在此处找到（
https://github.com/ros2/examples/tree/jazzy/rclcpp/topics）。

操作步骤

1. 创建软件包

打开一个新终端，并加载你的 ROS2 安装环境，以便 ros2 命令可以正常工作。

创建工作空间 ros2_ws 目录，并在此目录下创建src目录。

进入 ros2_ws/src 目录，并运行创建软件包的命令：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 cpp_pubsub

你的终端会返回一条消息，确认 cpp_pubsub 软件包已经创建，并且同时会创建所有必要的文件和文件夹。

进入
ros2_ws/src/cpp_pubsub/src 目录。请记住，在任何 CMake 软件包中，可执行文件的源文件都应该放在这个目录中。

2. 编写发布者节点

通过输入以下命令下载发布者示例代码：

wget -O publisher_lambda_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/jazzy/rclcpp/topics/minimal_publisher/lambda.cpp

现在会有一个名为
publisher_lambda_function.cpp 的新文件。使用文本编辑器打开该文件。

#include <chrono>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

/* 此示例创建了一个 Node 的子类，并使用了一个高级的 C++11  lambda 函数来简化回调语法，但这样做的代价是代码乍一看可能有点难以理解。 */

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    auto timer_callback =
      [this]() -> void {
        auto message = std_msgs::msg::String();
        message.data = "Hello, world! " + std::to_string(this->count_++);
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
        this->publisher_->publish(message);
      };
    timer_ = this->create_wall_timer(500ms, timer_callback);
  }

private:
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
  size_t count_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

2.1 代码分析

代码开头包含了你将使用的标准 C++ 头文件。在标准 C++ 头文件之后是 rclcpp/rclcpp.hpp，它允许你使用 ROS2 系统中最常用的部分。最后是 std_msgs/msg/string.hpp，它包含了你将用于发布数据的 ROS 内置消息类型。

#include <chrono>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

这些行表示节点的依赖项。这些依赖项必须添加到 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件中，你将在下一部分完成这个操作。

下一行通过继承 rclcpp::Node 创建了节点类 MinimalPublisher。代码中的每个 this 都指的是该节点。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共构造函数将节点命名为 minimal_publisher，并将 count_ 初始化为 0。

在构造函数内部，使用 String 消息类型、话题名称 topic 和所需的队列大小（用于在消息积压时限制消息数量）初始化发布者。

接下来，声明了一个名为 timer_callback 的 lambda 函数。它通过引用捕获当前对象 this，不接受任何输入参数并返回 void。

而timer_callback 函数创建一个新的 String 类型的消息，用所需的字符串设置它的数据并发布它。

RCLCPP_INFO 宏确保每个发布的消息都打印到控制台。最后，初始化 timer_，这里配置 timer_callback 函数每秒执行两次。

public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    auto timer_callback =
      [this]() -> void {
        auto message = std_msgs::msg::String();
        message.data = "Hello, world! " + std::to_string(this->count_++);
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
        this->publisher_->publish(message);
      };
    timer_ = this->create_wall_timer(500ms, timer_callback);
  }

在类的底部是定时器、发布者和计数器字段的声明。

private:
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
  size_t count_;

在 MinimalPublisher 类之后是 main 函数，节点实际上在这里被运行。rclcpp::init 初始化 ROS2，rclcpp::spin 开始处理来自节点的数据，包括定时器的回调。

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

2.2 添加依赖项

返回上一级目录到 ros2_ws/src/cpp_pubsub 目录，这里已经为你创建了 CMakeLists.txt 和 package.xml 文件。

首先，打开 package.xml 文件。填写 <description>、<maintainer> 和 <license> 标签：

<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclcpp</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache-2.0</license>

在 ament_cmake 构建工具依赖项之后添加一行，并粘贴以下依赖项：

<depend>rclcpp</depend>
<depend>std_msgs</depend>

这表明软件包在构建和执行其代码时需要 rclcpp 和 std_msgs。

2.3CMakeLists.txt文件

现在打开 CMakeLists.txt 文件。在现有的依赖项 find_package(ament_cmake REQUIRED) 下面，添加以下行：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

之后，添加可执行文件并将其命名为 talker，这样你就可以使用 ros2 run 运行你的节点：

add_executable(talker src/publisher_lambda_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

最后，添加 install(TARGETS...) 部分，以便 ros2 run 可以找到你的可执行文件：

install(TARGETS
  talker
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

接下来删除一些不需要的部分和注释清理 CMakeLists.txt 文件，最后它看起来像这样：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_pubsub)

# 默认使用 C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

add_executable(talker src/publisher_lambda_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  talker
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

ament_package()

你现在可以编译你的软件包了，但是先让我们创建订阅者节点，这样你就可以看到整个系统的运行情况。

3. 编写订阅者节点

返回
ros2_ws/src/cpp_pubsub/src 目录创建下一个节点。在终端中输入以下命令：

wget -O subscriber_lambda_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/jazzy/rclcpp/topics/minimal_subscriber/lambda.cpp

使用文本编辑器打开
subscriber_lambda_function.cpp 文件。

#include <memory>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    auto topic_callback =
      [this](std_msgs::msg::String::UniquePtr msg) -> void {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
      };
    subscription_ =
      this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("topic", 10, topic_callback);
  }

private:
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalSubscriber>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

3.1 代码分析

订阅者节点的代码与发布者的代码几乎相同。只法这现在节点名为 minimal_subscriber，构造函数使用节点的 create_subscription 函数来执行回调。

可以看到的是，这里没有定时器，因为订阅者只是在数据发布到 topic 话题时做出响应。

topic_callback 函数接收通过话题发布的字符串消息数据，并使用 RCLCPP_INFO 宏将其写入控制台。

在这里，发布者和订阅者使用的话题名称和消息类型必须匹配，这样它们才能进行通信。

public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    auto topic_callback =
      [this](std_msgs::msg::String::UniquePtr msg) -> void {
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
      };
    subscription_ =
      this->create_subscription<std_msgs::msg::String>("topic", 10, topic_callback);
  }

这个类中唯一的字段声明是订阅者。

private:
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;

main 函数完全相同，只是现在它启动的是 MinimalSubscriber 节点。对于发布者节点，启动意味着启动定时器，但是对于订阅者来说，它只是准备在消息到来时接收消息。

由于这个节点与发布者节点具有相同的依赖项，因此不需要在 package.xml 中添加新内容。

3.2CMakeLists.txt文件

重新打开 CMakeLists.txt 文件，并在发布者条目下方添加订阅者节点的可执行文件和目标。

add_executable(listener src/subscriber_lambda_function.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  talker
  listener
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

4. 编译并运行

作为 ROS2 系统的一部分，你可能已经安装了 rclcpp 和 std_msgs 软件包。在构建之前，在工作空间的根目录（ros2_ws）中运行 rosdep 来检查是否缺少依赖项是一个好习惯：

rosdep install -i --from-path src --rosdistro jazzy -y

仍然在工作空间的根目录 ros2_ws 中，构建你的新软件包：

colcon build --packages-select cpp_pubsub

打开一个新终端，导航到 ros2_ws 目录，并加载设置文件：

. install/setup.bash

现在运行发布者节点：

ros2 run cpp_pubsub talker

终端应该每 0.5 秒开始发布信息消息，如下所示：

[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 0"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 1"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 2"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 3"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 4"

打开另一个终端，同样再次在 ros2_ws 目录中加载设置文件，然后启动订阅者节点：

ros2 run cpp_pubsub listener

订阅者将开始在控制台打印消息，如下所示，它会从发布者当时的消息计数开始打印：

[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 10"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 11"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 12"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 13"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 14"

在每个终端中输入 Ctrl+C 以停止节点的运行。

总结

你创建了两个节点，通过话题发布和订阅数据。在编译和运行它们之前，你将它们的依赖项和可执行文件添加到了软件包配置文件中。

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