ROS2學習之旅（14）——編寫簡單的釋出者和訂閱者（C++）

Love&Robot發表於2021-07-14
ROSC++

節點是通過ROS Graph進行通訊的可執行程式。在本文中，節點將通過話題以字串訊息的形式相互傳遞資訊。這裡使用的例子是一個簡單的"talker"和“listener”系統，一個節點發布資料，另一個節點訂閱話題，以便接收該資料。

這些示例中使用的程式碼可以在這裡找到。

1.建立一個功能

在上一節的基礎上，即擁有dev_ws功能包的前提下，執行以下命令：

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

終端將返回一條訊息，驗證cpp_pubsub包及其所有必要的檔案和資料夾的建立。

導航到dev_ws/src/cpp_pubsub/src中，這就是包含可執行檔案的原始檔所在的目錄。

2.編寫一個釋出節點

首先，通過以下命令下載示例talker程式碼(在src目錄下)：

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

開啟剛剛下載的檔案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審閱程式碼

程式碼的頂部為程式所需要的C++標頭檔案，在標頭檔案之後是rclcpp/rclcpp.hpp，它包含了ROS2系統中最常見的部分，最後一是std_msgs/msg/string.hpp，它包含了用於釋出資料的內建訊息型別。

這些程式碼行表示了節點的依賴關係:

#include <chrono>
#include <memory>

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

using namespace std::chrono_literals;

下一行通過繼承rclcpp:: node來建立節點類MinimalPublisher。程式碼中的每個this都指向該節點。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共建構函式將節點命名為minimal_publisher，並將coun_初始化為0。在建構函式內部，使用String訊息型別、話題名稱topic，並且限制訊息佇列的大小來初始化釋出者。接下來，初始化timer_，這將導致timer_callback函式每秒執行兩次。

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函式是設定訊息資料和實際釋出訊息的地方。RCLCPP_INFO巨集確保將每個釋出的訊息列印到控制檯：

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);
  }

最後是定時器（timer）、釋出器(publisher)和計數器(counter)欄位的宣告：

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

在MinimalPublisher類之後是main，其中節點實際執行的位置。rclcpp::init初始化ROS 2, rclcpp::spin開始處理節點的資料，包括定時器的回撥。

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

2.2新增依賴

返回到dev_ws/src/cpp_pubsub目錄，其中已經包含CMakeLists.txt和package.xml檔案。

開啟package.xml檔案，確保<description>, <maintainer> and <license> 這些標籤填寫完畢：

<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構建工具依賴項後新增一行，並貼上以下依賴項對應於節點的include語句：

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

tempsnip

這表明了程式執行是需要依賴rclcpp和std_msgs。

不要忘記儲存檔案。

2.3CMakeLists.txt

開啟CMakeLists.txt檔案，在現有的依賴項find_package(ament_cmake REQUIRED)下面，新增以下行:

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

然後，新增可執行檔案並將其命名為talker，這樣就可以使用ros2 run節點了:

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

最後，新增install(TARGETS…)部分，讓ros2 run可以找到可執行檔案:

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

刪除一些不必要的註釋來清理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()

現在可以編譯包，生成本地設定檔案並執行它（不要忘記設定環境變數，否則提示包不存在）：

ros2 run cpp_pubsub talker
ROS2學習之旅（14）——編寫簡單的釋出者和訂閱者（C++）

3.編寫訂閱者節點

回到dev_ws/src/cpp_pubsub/src來建立訂閱者節點，在終端輸入：

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

在終端輸入ls，此時返回：

publisher_member_function.cpp subscriber_member_function.cpp

開啟subscriber_member_function.cpp檔案：

#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審閱程式碼

訂閱者節點的程式碼與釋出者的程式碼幾乎相同。現在該節點被命名為minimal_subscriber，建構函式使用該節點的create_subscription類來執行回撥。

訂閱者沒有計時器，因為訂閱者只是在資料被髮布到topic時進行響應。

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

釋出者和訂閱者使用的話題名稱和訊息型別必須匹配，才能進行通訊。

topic_callback函式接收通過話題釋出的字串訊息資料，並使用RCLCPP_INFO巨集將其寫入控制檯。

該類中唯一的欄位宣告是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函式完全相同，只是現在它啟動MinimalSubscriber節點。對於釋出者節點，spin意味著啟動計時器，但對於訂閱者，它僅僅意味著準備在訊息到來時接收它們。

由於此節點與釋出者節點具有相同的依賴關係，因此無需向package.xml新增任何新內容。

3.2CMakeLists.txt

重新開啟CMakeLists.txt，並在釋出者條目下面新增訂閱者節點的可執行檔案：

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

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

儲存檔案。

4.編譯和執行

可以使用如下命令解決依賴問題：

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

接下來在工作空間中編譯新包：

colcon build --packages-select cpp_pubsub

開啟一個新終端，source設定檔案：

. install/setup.bash

現在執行tlaker節點：

ros2 run cpp_pubsub talker

終端應該每0.5秒釋出一次資訊訊息，像這樣:

ROS2學習之旅（14）——編寫簡單的釋出者和訂閱者（C++）

開啟另一個終端，再次從dev_ws設定setup檔案，然後啟動listener節點:

ros2 run cpp_pubsub listener

listener將開始向控制檯列印訊息，從當時開啟的訊息計數開始，如下所示:

ROS2學習之旅（14）——編寫簡單的釋出者和訂閱者（C++）

在每個終端中輸入Ctrl+C，停止節點執行。

5.總結

本文建立了兩個節點來發布和訂閱話題上的資料。在編譯和執行它們之前，需要將它們的依賴項和可執行檔案新增到包配置檔案中。

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