ROS2学习之旅（14）——编写简单的发布者和订阅者（C++）

节点是通过ROS Graph进行通信的可执行进程。在本文中，节点将通过话题以字符串消息的形式相互传递信息。这里使用的例子是一个简单的"talker"和“listener”系统，一个节点发布数据，另一个节点订阅话题，以便接收该数据。

这些示例中使用的代码可以在这里找到。

1.创建一个功能包

在上一节的基础上，即拥有dev_ws功能包的前提下，执行以下命令：

cd dev_ws/src
ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub

终端将返回一条消息，验证cpp_pubsub包及其所有必要的文件和文件夹的创建。

导航到dev_ws/src/cpp_pubsub/src中，这就是包含可执行文件的源文件所在的目录。

2.编写一个发布节点

首先，通过以下命令下载示例talker代码(在src目录下)：

wget -O publisher_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/foxy/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp

打开刚刚下载的文件publisher_member_function.cpp:

#include <chrono>
#include <memory>

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

using namespace std::chrono_literals;

/* This example creates a subclass of Node and uses std::bind() to register a
 * member function as a callback from the timer. */

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    timer_ = this->create_wall_timer(
      500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

private:
  void timer_callback()
  {
    auto message = std_msgs::msg::String();
    message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
    publisher_->publish(message);
  }
  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审阅代码

代码的顶部为程序所需要的C++头文件，在头文件之后是rclcpp/rclcpp.hpp，它包含了ROS2系统中最常见的部分，最后一是std_msgs/msg/string.hpp，它包含了用于发布数据的内置消息类型。

这些代码行表示了节点的依赖关系:

#include <chrono>
#include <memory>

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

using namespace std::chrono_literals;

下一行通过继承rclcpp:: node来创建节点类MinimalPublisher。代码中的每个this都指向该节点。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共构造函数将节点命名为minimal_publisher，并将coun_初始化为0。在构造函数内部，使用String消息类型、话题名称topic，并且限制消息队列的大小来初始化发布者。接下来，初始化timer_，这将导致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);
    timer_ = this->create_wall_timer(
    500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

timer_callback函数是设置消息数据和实际发布消息的地方。RCLCPP_INFO宏确保将每个发布的消息打印到控制台：

private:
  void timer_callback()
  {
    auto message = std_msgs::msg::String();
    message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
    publisher_->publish(message);
  }

最后是定时器（timer）、发布器(publisher)和计数器(counter)字段的声明：

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

在MinimalPublisher类之后是main，其中节点实际执行的位置。rclcpp::init初始化ROS 2, rclcpp::spin开始处理节点的数据，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

返回到dev_ws/src/cpp_pubsub目录，其中已经包含CMakeLists.txt和package.xml文件。

打开package.xml文件，确保<description>, <maintainer> and <license> 这些标签填写完毕：

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

在ament_cmake构建工具依赖项后添加一行，并粘贴以下依赖项对应于节点的include语句：

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

这表明了程序执行是需要依赖rclcpp和std_msgs。

不要忘记保存文件。

2.3CMakeLists.txt

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)

然后，添加可执行文件并将其命名为talker，这样就可以使用ros2 run节点了:

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

最后，添加install(TARGETS…)部分，让ros2 run可以找到可执行文件:

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

删除一些不必要的注释来清理CMakeLists.txt:

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_pubsub)

# Default to 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_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

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

ament_package()

现在可以编译包，生成本地设置文件并运行它（不要忘记设置环境变量，否则提示包不存在）：

ros2 run cpp_pubsub talker

3.编写订阅者节点

回到dev_ws/src/cpp_pubsub/src来创建订阅者节点，在终端输入：

wget -O subscriber_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/foxy/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp

在终端输入ls，此时返回：

publisher_member_function.cpp subscriber_member_function.cpp

打开subscriber_member_function.cpp文件：

#include <memory>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using std::placeholders::_1;

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
  public:
    MinimalSubscriber()
    : Node("minimal_subscriber")
    {
      subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
    }

  private:
    void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) const
    {
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
    }
    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审阅代码

订阅者节点的代码与发布者的代码几乎相同。现在该节点被命名为minimal_subscriber，构造函数使用该节点的create_subscription类来执行回调。

订阅者没有计时器，因为订阅者只是在数据被发布到topic时进行响应。

public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
    "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
  }

发布者和订阅者使用的话题名称和消息类型必须匹配，才能进行通信。

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。

该类中唯一的字段声明是subscription_。

private:
  void topic_callback(const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) const
  {
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg->data.c_str());
  }
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;

main函数完全相同，只是现在它启动MinimalSubscriber节点。对于发布者节点，spin意味着启动计时器，但对于订阅者，它仅仅意味着准备在消息到来时接收它们。

由于此节点与发布者节点具有相同的依赖关系，因此无需向package.xml添加任何新内容。

3.2CMakeLists.txt

重新打开CMakeLists.txt，并在发布者条目下面添加订阅者节点的可执行文件：

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

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

保存文件。

4.编译和运行

在工作空间中编译新包：

colcon build --packages-select cpp_pubsub

打开一个新终端，source设置文件：

. install/setup.bash

现在运行tlaker节点：

ros2 run cpp_pubsub talker

终端应该每0.5秒发布一次信息消息，像这样:

打开另一个终端，再次从dev_ws设置setup文件，然后启动listener节点:

ros2 run cpp_pubsub listener

listener将开始向控制台打印消息，从当时打开的消息计数开始，如下所示:

在每个终端中输入Ctrl+C，停止节点运行。

5.总结

本文创建了两个节点来发布和订阅话题上的数据。在编译和运行它们之前，需要将它们的依赖项和可执行文件添加到包配置文件中。

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