ROS时间概念总结：ros::Time、ros::Duration、定时器ros::Timer&ros::Rate

ROS 里经常用到的一个变量就是时间，比如基于时间和控制量计算机器人的移动距离、设定程序的等待时间/循环时间、设定计时器等。本文总结了 roscpp 给我们提供的时间相关的操作。具体来说，roscpp 里有两种时间表示方法：时刻 (ros::Time) 和时长(ros::Duration)。其中Duration可以是负数。Time和Duration拥有一样的成员：
int32 sec
int32 nsec

一般情况下，这里的时间都是跟平台（即系统）的时间相关联的，但ROS提供了一种模拟时钟即ROS时钟时间，当进行了相应设置时，这里的时间就是ROS时钟时间。

基本用法
要使用 Time 和 Duration，需要分别 #include<ros/time.h> 和 #include <ros/duration.h>。
常用函数如下：

//获取当前时间
ros::Time begin=ros::Time::now();   
 
//定义类对象
ros::Time::Time(uint32_t _sec, uint32_t _nsec)
ros::Time::Time(double t)
 
ros::Duration::Duration(uint32_t _sec, uint32_t _nsec)
ros::Duration::Duration(double t)
//_sec是秒，_nsec是纳秒
//故ros::Time a_little_after_the_beginning(0, 1000000);等价于ros::Time a_little_after_the_beginning(0.001);
 
//实列
ros::Time at_some_time1(5,20000000);    //逗号之前表示 second，逗号之后表示 nanosecond
ros::Time at_some_time2(5.2)    //同上,重载了float类型和两个uint类型的构造函数
ros::Duration one_hour(60*60,0); //1h
double secs1=at_some_time1.toSec();//将 Time 转为 double 型时间
double secs2=one_hour.toSec();//将 Duration 转为 double 型时间

Time 和 Duration 表示的概念并不相同，Time 指的是某个时刻，而 Duration 指的是某个时段，尽管他们的数据结构都相同，但是应该用在不同的场景下。ROS为我们重载了 Time、Duration 类型之间的加减运算，避免了转换的麻烦。
例如：

ros::Time t1=ros::Time::now()-ros::Duration(5.5);//t1是5.5s前的时刻,Time加减Duration返回Time
ros::Time t2=ros::Time::now()+ros::Duration(3.3);//t2是当前时刻往后推3.3s的时刻
ros::Duration d1=t2-t1;//从t1到t2的时长，两个Time相减返回Duration类型
ros::Duration d2=d1-ros::Duration(0,300);//两个Duration相减，返回Duration

uint64_t toNSec () const
double toSec () const

我们可以通过这两个函数来进行Time和Duration的转化，以上是 Time、Duration 之间的加减运算，要注意 没有Time+Time的运算。

sleep
通常在机器人任务执行中可能有需要等待的场景，这时就要用到 sleep 功能。roscpp中提供了两种 sleep 的方法:

bool ros::Duration::sleep()
ros::Duration(0.5).sleep(); // sleep for half a second
 
ros::Duration(0.5).sleep();//一是用Duration对象的sleep方法休眠
 
ros::Rate   r(10);//10HZ
while(ros::ok())
{
    r.sleep(); //二是用 Rate 对象调整休眠时间，考虑循环中其他任务占用的时间，确保让整个循环的频率是 10hz 
}

ros::Timer
首先需要说明的是，ROS并不是实时系统，所以定时器并不能确保精确定时。精确的执行时间以及理论上应该执行的时间可以在回调函数的ros::TimerEvent结构中得到。

ros::Timer ros::NodeHandle::createTimer(ros::Duration period, <callback>, bool oneshot = false);
ros::Timer timer = n.createTimer(ros::Duration(0.1), timerCallback);//定时0.1s
void timerCallback(const ros::TimerEvent& e);

其中oneshot是定义是否只定时一次，默认连续定时。这里也不一定要回调函数，也可以传函数对象等，这里不细述。

其中TimerEvent结构体定义如下：

struct TimerEvent
{
  Time last_expected;                     ///< In a perfect world, this is when the last callback should have happened
  Time last_real;                         ///< When the last callback actually happened
 
  Time current_expected;                  ///< In a perfect world, this is when the current callback should be happening
  Time current_real;                      ///< This is when the current callback was actually called (Time::now() as of the beginning of the callback)
 
  struct
  {
    WallDuration last_duration;           ///< How long the last callback ran for, always in wall-clock time
  } profile;
};

ros::Rate

Rate 的功能是设定一个频率，让循环按照这个频率执行，然后通过睡眠度过一个循环中剩下的时间，来达到该设定频率，如果能够达到该设定频率则返回true，不能则返回false。计时的起点是上一次睡眠的时间、构造函数被调用、或者调用void ros::Rate::reset()函数重置时间。因为没有TimerEvent，所以相对于Timer而言，Rate的精确度会有所下降。与之类似的是 ROS 中的定时器 Timer，它是通过设定回调函数和触发时间来实现某些动作的循环执行。创建方法和 topic 中的 subscriber 很像：

ros::Rate r(10); // 10 hz
while (ros::ok())
{
//... do some work ...
    bool met = r.sleep();
}

void callback1(const ros::TimerEvent&)
{ 
    ROS_INFO("Callback 1 triggered");
}
void callback2(const ros::TimerEvent&)
{
    ROS_INFO("Callback 2 triggered");
}
int main(int argc, char **argv)
{
     ros::init(argc,argv,"talker");
     ros::NodeHandle n;
     ros::Timer timer1=n.createTimer(ros::Duration(0.1),callback1);//timer1每0.1s触发一次callback1函数 
     ros::Timer timer2=n.createTimer(ros::Duration(1.0),callback2);//timer2每1.0s触发一次callback2函数
     ros::spin();//千万别忘了spin,只有spin了才能真正去触发回调函数
     return 0;
}

 参考文章：

                ROS时间概念总结