目标

使用 C++ 创建并运行服务节点和客户端节点。

背景信息

当节点通过服务进行通信时，发送数据请求的节点称为客户端节点，响应请求的节点称为服务节点。请求和响应的结构由 .srv 文件决定。

这里使用的示例是一个简单的整数加法系统；一个节点请求两个整数的和，另一个节点则返回计算结果。

先决条件

在之前的教程中，你已经学习了如何创建工作空间和软件包。

操作步骤

1. 创建一个软件包

打开一个新的终端并加载你的 ROS2 安装环境，这样 ros2 命令才能正常使用。

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 目录并创建 cpp_srvcli 软件包：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 cpp_srvcli --dependencies rclcpp example_interfaces

你的终端会返回一条消息，其确认 cpp_srvcli 软件包及其所有必要的文件和文件夹已创建。

参数--dependencies 会自动将必要的依赖项添加到 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件中。软件包example_interfaces 包含了编译请求和响应所需的 .srv 文件，其内容如下：

int64 a
int64 b
---
int64 sum

其中前两行是请求的参数，分隔线---以下是响应内容。

1.1 更新package.xml

由于你在创建软件包时使用了 --dependencies 选项，所以这次不需要手动向 package.xml 或 CMakeLists.txt 文件中添加依赖项。

不过，和往常一样，还是需要在 package.xml 中添加描述、维护者的电子邮件和姓名以及许可证信息。

<description>C++ client server tutorial</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache-2.0</license>

2. 编写服务节点

在 ros2_ws/src/cpp_srvcli/src 目录下，创建一个名为 add_two_ints_server.cpp 的新文件，并将以下代码粘贴进去：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"

#include <memory>

void add(const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
          std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response>      response)
{
  response->sum = request->a + request->b;
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request\na: %ld" " b: %ld",
                request->a, request->b);
  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "sending back response: [%ld]", (long int)response->sum);
}

int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);

  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_server");

  rclcpp::Service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr service =
    node->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", &add);

  RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add two ints.");

  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
}

2.1 代码分析

前两个 #include 语句是你的软件包依赖项。

函数add 将请求中的两个整数相加，并将和赋给响应，同时通过日志在控制台打印它的状态。

void add(const std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request> request,
         std::shared_ptr<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Response>      response)
{
    response->sum = request->a + request->b;
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Incoming request\na: %ld" " b: %ld",
        request->a, request->b);
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "sending back response: [%ld]", (long int)response->sum);
}

而main 函数则逐行完成以下操作：

• 初始化 ROS2 C++ 客户端库：

rclcpp::init(argc, argv);

• 创建一个名为 add_two_ints_server 的节点：

std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_server");

• 为该节点创建一个名为 add_two_ints 的服务，并在网络上自动发布这个带 &add 方法的服务：

rclcpp::Service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr service =
node->create_service<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints", &add);

• 准备就绪时打印一条日志消息：

RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Ready to add two ints.");

• 启动节点，使服务可用。

rclcpp::spin(node);

2.2 添加可执行文件

将以下代码块添加到 CMakeLists.txt 中，创建一个名为 server 的可执行文件，其中add_executable宏会生成一个可使用 ros2 run 运行的可执行文件。：

add_executable(server src/add_two_ints_server.cpp)
ament_target_dependencies(server rclcpp example_interfaces)

在文件末尾的ament_package() 之前添加以下几行，使得 ros2 run 能够找到这个可执行文件，：

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

然后你、就可以构建软件包了，你加载本地设置文件并运行它，不过还是让我们先创建客户端节点，这样你就能看到整个系统的运行情况。

3. 编写客户端节点

在 ros2_ws/src/cpp_srvcli/src 目录下，创建一个名为 add_two_ints_client.cpp 的新文件，并将以下代码粘贴进去：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "example_interfaces/srv/add_two_ints.hpp"

#include <chrono>
#include <cstdlib>
#include <memory>

using namespace std::chrono_literals;

int main(int argc, char **argv)
{
  rclcpp::init(argc, argv);

  if (argc != 3) {
      RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "usage: add_two_ints_client X Y");
      return 1;
  }

  std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_client");
  rclcpp::Client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr client =
    node->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");

  auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
  request->a = atoll(argv[1]);
  request->b = atoll(argv[2]);

  while (!client->wait_for_service(1s)) {
    if (!rclcpp::ok()) {
      RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");
      return 0;
    }
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "service not available, waiting again...");
  }

  auto result = client->async_send_request(request);
  // 等待结果
  if (rclcpp::spin_until_future_complete(node, result) ==
    rclcpp::FutureReturnCode::SUCCESS)
  {
    RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Sum: %ld", result.get()->sum);
  } else {
    RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Failed to call service add_two_ints");
  }

  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

3.1 代码分析

与服务节点类似，以下代码行创建节点，然后为该节点创建客户端：

std::shared_ptr<rclcpp::Node> node = rclcpp::Node::make_shared("add_two_ints_client");
rclcpp::Client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>::SharedPtr client =
  node->create_client<example_interfaces::srv::AddTwoInts>("add_two_ints");

接下来，创建请求。其结构由前面提到的 .srv 文件定义。

auto request = std::make_shared<example_interfaces::srv::AddTwoInts::Request>();
request->a = atoll(argv[1]);
request->b = atoll(argv[2]);

代码中的while 循环让客户端有 1 秒钟的时间在网络中搜索服务节点。如果找不到，它会继续等待。

RCLCPP_INFO(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "service not available, waiting again...");

如果客户端被取消（例如，你在终端中输入 Ctrl+C），它会返回一条错误日志消息，表明在等待服务时被中断。

RCLCPP_ERROR(rclcpp::get_logger("rclcpp"), "Interrupted while waiting for the service. Exiting.");

然后客户端发送请求，节点持续运行直到收到响应或请求失败。

3.2 添加可执行文件

回到 CMakeLists.txt 文件，为新节点添加可执行文件和目标。删除文件中一些自动生成的不必要的模板代码后，你的 CMakeLists.txt 文件应如下所示：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_srvcli)

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(example_interfaces REQUIRED)

add_executable(server src/add_two_ints_server.cpp)
ament_target_dependencies(server rclcpp example_interfaces)

add_executable(client src/add_two_ints_client.cpp)
ament_target_dependencies(client rclcpp example_interfaces)

install(TARGETS
  server
  client
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

ament_package()

4. 编译并运行

在编译之前，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个好习惯：

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

回到工作空间的根目录 ros2_ws，编译你的新软件包：

colcon build --packages-select cpp_srvcli

打开一个新的终端，进入 ros2_ws 目录加载工作空间设置文件：

source install/setup.bash

现在可以运行服务节点了：

ros2 run cpp_srvcli server

终端应该返回以下消息，然后进入等待状态：

[INFO] [rclcpp]: Ready to add two ints.

打开另一个终端，再次在 ros2_ws 目录中加载设置文件并启动客户端节点，并在后面输入任意两个用空格分隔的整数：

ros2 run cpp_srvcli client 2 3

例如，如果你选择了 2 和 3，客户端将收到如下响应：

[INFO] [rclcpp]: Sum: 5

回到运行服务节点的终端。你会看到，服务节点在收到请求、接收到数据以及发送响应时都会发布日志消息：

[INFO] [rclcpp]: Incoming request
a: 2 b: 3
[INFO] [rclcpp]: sending back response: [5]

在服务节点的终端中输入 Ctrl+C 以停止节点运行。

总结

你创建了两个节点，通过服务进行数据请求和响应。你将它们的依赖项和可执行文件添加到软件包配置文件中，以便能够构建和运行它们，并看到一个服务/客户端系统的实际运行情况。

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