用C++編寫一個簡單的發佈者和訂閱者

来源:https://www.cnblogs.com/huaweiyun/archive/2023/04/27/17358498.html
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摘要：節點（Node）是通過 ROS 圖進行通信的可執行進程。 本文分享自華為雲社區《編寫一個簡單的發佈者和訂閱者》，作者： MAVER1CK 。 @[toc] 參考官方文檔：Writing a simple publisher and subscriber (C++) 背景 節點（Node）是通過 ...


摘要：節點（Node）是通過 ROS 圖進行通信的可執行進程。

本文分享自華為雲社區《編寫一個簡單的發佈者和訂閱者》，作者： MAVER1CK 。

@[toc]

參考官方文檔：Writing a simple publisher and subscriber (C++)

背景

節點（Node）是通過 ROS 圖進行通信的可執行進程。 在本教程中，節點將通過話題（Topic）以字元串消息的形式相互傳遞信息。 這裡使用的例子是一個簡單的“talker”和“listener”系統； 一個節點發佈數據，另一個節點訂閱該話題，以便它可以接收該數據。 可以在此處找到這些示例中使用的代碼。

1.創建一個包

打開一個新的終端然後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目錄下創建，而不是在工作區的根目錄下。因此，接下來，cd到ros2_ws/src，並運行包創建命令。

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub

你的終端將返回一條信息，驗證你的cpp_pubsub包及其所有必要的文件和文件夾的創建。

cd到ros2_ws/src/cpp_pubsub/src。回顧一下，這是任何CMake包中包含可執行文件的源文件所在的目錄。

2.編寫發佈者節點

下載示例代碼：

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

打開之後內容如下

#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 查看代碼

代碼的頂部包括你將要使用的標準C++頭文件。在標準C++頭文件之後是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，它包括你將用於發佈數據的內置消息類型。

這些行代表節點的依賴關係。 回想一下，必須將依賴項添加到 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;

下一行通過繼承rclcpp::Node創建節點類MinimalPublisher。代碼中的每個this都是指的節點。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共構造函數將節點命名為 minimal_publisher 並將 count_ 初始化為 0。在構造函數內部，發佈者使用 String 消息類型、話題名稱為 topic 以及所需的隊列大小，以便在發生備份時限制消息，進行初始化。 接下來，timer_ 被初始化，這導致 timer_callback 函數每秒執行兩次。

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函數是設置消息數據和實際發佈消息的地方。RCLCPP_INFO巨集確保每個發佈的消息都被列印到控制台。

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);
 }

最後是定時器、發佈者和計數器欄位的聲明。

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數據，包括來自定時器的回調。

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

2.2 添加依賴

回到ros2_ws/src/cpp_pubsub目錄，那裡已經為你創建了CMakeLists.txt和package.xml文件。

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

<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclcpp</description>
<maintainer email="[email protected]">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，並粘貼以下與你的節點的include語句相對應的依賴關係。

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

這聲明包在執行其代碼時需要 rclcpp 和 std_msgs。

修改好後記得保存文件。

2.3 CMakeLists

現在打開CMakeLists.txt文件。在現有的依賴關係find_package(ament_cmake REQUIRED)下麵，添加幾行：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

之後，添加可執行文件並將其命名為talker，這樣你就可以用ros2 run來運行你的節點：

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

最後，添加install(TARGETS...)部分，以便ros2 run能夠找到你的可執行文件：

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

你可以通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，然後運行它，但讓我們先創建訂閱者節點，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來創建下一個節點。在你的終端輸入以下代碼：

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

打開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 & 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 查看代碼

訂閱者節點的代碼幾乎與發佈者的相同。現在節點被命名為minimal_subscriber，構造函數使用節點的create_subscription類來執行回調。

沒有計時器，因為無論任何時候只要數據發送到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，發佈者和訂閱者使用的話題名稱和消息類型必須匹配，這樣他們才能進行通信。

topic_callback函數接收通過話題發佈的字元串消息數據，然後使用RCLCPP_INFO巨集將內容輸出到終端。

這個類中唯一的欄位聲明是訂閱：

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函數是完全一樣的，只是現在它spin了MinimalSubscriber節點。對於發佈者節點來說，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消息到來時接收它們。

由於這個節點與發佈者節點有相同的依賴關係，所以沒有什麼新的東西需要添加到package.xml中。

4.構建並運行

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）的根目錄下運行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

打開一個新的終端，cd到ros2_ws，然後source設置文件：

. install/setup.bash

現在運行 talker 節點：

ros2 run cpp_pubsub talker

終端應該開始每0.5秒發佈一次信息，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"

再打開一個新的終端，cd到ros2_ws，然後source設置文件：

. install/setup.bash

現在運行 listener 節點：

ros2 run cpp_pubsub listener

listener 將開始在終端列印消息，從發佈者當時的消息計數開始，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來停止運行節點。

 

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