用C++編寫一個簡單的釋出者和訂閱者

華為雲開發者聯盟發表於2023-04-27
C++
摘要：節點（Node）是透過 ROS 圖進行通訊的可執行程式。

本文分享自華為雲社群《編寫一個簡單的釋出者和訂閱者》，作者： MAVER1CK 。

@[toc]

參考官方檔案：Writing a simple publisher and subscriber (C++)

背景

節點（Node）是透過 ROS 圖進行通訊的可執行程式。 在本教程中，節點將透過話題（Topic）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，另一個節點訂閱該話題，以便它可以接收該資料。 可以在此處找到這些示例中使用的程式碼。

1.建立一個包

開啟一個新的終端然後source你的ROS 2安裝，以便ros2命令可以正常使用：

source /opt/ros/humble/setup.bash

回顧一下，包應該在src目錄下建立，而不是在工作區的根目錄下。因此，接下來，cd到ros2_ws/src，並執行包建立命令。

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub

你的終端將返回一條資訊，驗證你的cpp_pubsub包及其所有必要的檔案和資料夾的建立。

cd到ros2_ws/src/cpp_pubsub/src。回顧一下，這是任何CMake包中包含可執行檔案的原始檔所在的目錄。

2.編寫釋出者節點

下載示例程式碼：

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

開啟之後內容如下

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>
#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 檢視程式碼

程式碼的頂部包括你將要使用的標準C++標頭檔案。在標準C++標頭檔案之後是rclcpp/rclcpp.hpp，它允許你使用ROS 2系統中最常見的部分。最後是std_msgs/msg/string.hpp，它包括你將用於釋出資料的內建訊息型別。

這些行代表節點的依賴關係。 回想一下，必須將依賴項新增到 package.xml 和 CMakeLists.txt，您將在下一節中執行此操作。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using namespace std::chrono_literals;

下一行透過繼承rclcpp::Node建立節點類MinimalPublisher。程式碼中的每個this都是指的節點。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共建構函式將節點命名為 minimal_publisher 並將 count_ 初始化為 0。在建構函式內部，釋出者使用 String 訊息型別、話題名稱為 topic 以及所需的佇列大小，以便在發生備份時限制訊息，進行初始化。 接下來，timer_ 被初始化，這導致 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宏確保每個釋出的訊息都被列印到控制檯。

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、釋出者和計數器欄位的宣告。

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

在 MinimalPublisher 類之後是 main，節點實際執行的地方。 rclcpp::init 初始化 ROS 2，rclcpp::spin 開始處理來自節點的資料，包括來自定時器的回撥。

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

回到ros2_ws/src/cpp_pubsub目錄，那裡已經為你建立了CMakeLists.txt和package.xml檔案。

開啟 package.xml檔案。正如上一個教程中提到的，確保填寫<description>、<maintainer>和<license>標籤。

<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構建工具的依賴關係後增加一行，並貼上以下與你的節點的include語句相對應的依賴關係。

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

這宣告包在執行其程式碼時需要 rclcpp 和 std_msgs。

修改好後記得儲存檔案。

2.3 CMakeLists

現在開啟CMakeLists.txt檔案。在現有的依賴關係find_package(ament_cmake REQUIRED)下面，新增幾行：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

之後，新增可執行檔案並將其命名為talker，這樣你就可以用ros2 run來執行你的節點：

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

最後，新增install(TARGETS...)部分，以便ros2 run能夠找到你的可執行檔案：

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

你可以透過刪除一些不必要的部分和註釋來清理你的CMakeLists.txt，所以它看起來像這樣：

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()

你現在可以 build 你的包，source local_setup.bash，然後執行它，但讓我們先建立訂閱者節點，這樣你就可以看到一個完整工作的系統。

3.編寫訂閱者節點

返回到ros2_ws/src/cpp_pubsub/src來建立下一個節點。在你的終端輸入以下程式碼：

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

在終端中輸入ls，現在將返回：

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 & 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 檢視程式碼

訂閱者節點的程式碼幾乎與釋出者的相同。現在節點被命名為minimal_subscriber，建構函式使用節點的create_subscription類來執行回撥。

沒有計時器，因為無論任何時候只要資料傳送到topic話題，訂閱者都會作出響應：

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

在話題教程中已經知道，釋出者和訂閱者使用的話題名稱和訊息型別必須匹配，這樣他們才能進行通訊。

topic_callback函式接收透過話題釋出的字串訊息資料，然後使用RCLCPP_INFO宏將內容輸出到終端。

這個類中唯一的欄位宣告是訂閱：

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

main函式是完全一樣的，只是現在它spin了MinimalSubscriber節點。對於釋出者節點來說，spin意味著啟動定時器，但對於訂閱者來說，它只是意味著準備在訊息到來時接收它們。

由於這個節點與釋出者節點有相同的依賴關係，所以沒有什麼新的東西需要新增到package.xml中。

4.構建並執行

你可能已經安裝了rclcpp和std_msgs軟體包作為你的ROS 2系統的一部分。在你的工作空間（ros2_ws）的根目錄下執行rosdep是一個很好的做法，可以在構建之前檢查是否有遺漏的依賴：

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

然後構建軟體包：

colcon build --packages-select cpp_pubsub

開啟一個新的終端，cd到ros2_ws，然後source設定檔案：

. install/setup.bash

現在執行 talker 節點：

ros2 run cpp_pubsub talker

終端應該開始每0.5秒釋出一次資訊，像這樣：

[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"

再開啟一個新的終端，cd到ros2_ws，然後source設定檔案：

. install/setup.bash

現在執行 listener 節點：

ros2 run cpp_pubsub listener

listener 將開始在終端列印訊息，從釋出者當時的訊息計數開始，如下所示：

[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"

在每個終端中按Ctrl+C來停止執行節點。

 

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