Ros方向第二次汇报（2）

1.本方向内学习内容：

1.1.动作：

动作的底层逻辑就是基于服务和话题来实现的。

客户端发送一个运动的目标，想让机器人动起来，服务器端收到之后，就开始控制机器人运动，一边运动，一边反馈当前的状态，如果是一个导航动作，这个反馈可能是当前所处的坐标，如果是机械臂抓取，这个反馈可能又是机械臂的实时姿态。当运动执行结束后，服务器再反馈一个动作结束的信息。整个通信过程就此结束。

由2服务和1话题合成
动作的三个通信模块，有两个是服务，一个是话题，当客户端发送运动目标时，使用的是服务的请求调用，服务器端也会反馈一个应带，表示收到命令。动作的反馈过程，其实就是一个话题的周期发布，服务器端是发布者，客户端是订阅者。所以说动作（接口数据类型）是服务（接口数据类型）和话题（接口数据类型）封装而成的新的数据结构。
案例–机器人画圆：
假设我们有一个机器人，我们希望通过动作的通信方法，让机器人转个圈，请编程实现动作通信中，客户端和服务器端的实现过程。
运行效果：

启动两个终端，分别运行一下命令，启动动作示例的服务端和客户端：

$ ros2 run learning_action action_move_server 
$ ros2 run learning_action action_move_client

终端中，我们可以看到客户端发送动作目标之后，服务器端开始模拟机器人运动，每30度发送一次反馈信息，最终完成运动（{Result==1}），并反馈结束运动的信息。

1.1.1.案例接口定义:

ROS2标准接口定义一般是Goal、Result、Feedback。

我找了一会儿但并没有直接找到能够使用的ROS2标准接口定义。仅找到了一个斐波那契示例的接口，上述的机器人画圆案例明显不能使用现成的接口，于是我们只好自定义如下：learning_interface/action/MoveCircle.action

bool enable     # 定义动作的目标，表示动作开始的指令
---
bool finish     # 定义动作的结果，表示是否成功执行
---
int32 state     # 定义动作的反馈，表示当前执行到的位置

包含三个部分：
第一块是动作的目标，enable为true时，表示开始运动；
第二块是动作的执行结果，finish为true，表示动作执行完成；
第三块是动作的周期反馈，表示当前机器人旋转到的角度。
完成定义后，还需要在功能包的CMakeLists.txt中配置编译选项，让编译器在编译过程中，根据接口定义，自动生成不同语言的代码：

...
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}  			     		           "action/MoveCircle.action"
	)
...

1.1.2.案例通信模型：

通信模型就是这样，客户端发送给一个动作目标，服务器控制机器人开始运动，并周期反馈，结束后反馈结束信息。

1.1.3.服务器端代码：

import time
import rclpy                                      # ROS2 Python接口库
from rclpy.node   import Node                     # ROS2 节点类
from rclpy.action import ActionServer             # ROS2 动作服务器类
from learning_interface.action import MoveCircle  # 自定义的圆周运动接口

class MoveCircleActionServer(Node):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)                   # ROS2节点父类初始化
        self._action_server = ActionServer(      # 创建动作服务器（接口类型、动作名、回调函数）
            self,
            MoveCircle,
            'move_circle',
            self.execute_callback)

    def execute_callback(self, goal_handle):            # 执行收到动作目标之后的处理函数
        self.get_logger().info('Moving circle...')
        feedback_msg = MoveCircle.Feedback()            # 创建一个动作反馈信息的消息

        for i in range(0, 360, 30):                     # 从0到360度，执行圆周运动，并周期反馈信息
            feedback_msg.state = i                      # 创建反馈信息，表示当前执行到的角度
            self.get_logger().info('Publishing feedback: %d' % feedback_msg.state)
            goal_handle.publish_feedback(feedback_msg)  # 发布反馈信息
            time.sleep(0.5)

        goal_handle.succeed()                           # 动作执行成功
        result = MoveCircle.Result()                    # 创建结果消息
        result.finish = True                            
        return result                                   # 反馈最终动作执行的结果

def main(args=None):                                    # ROS2节点主入口main函数
    rclpy.init(args=args)                               # ROS2 Python接口初始化
    node = MoveCircleActionServer("action_move_server") # 创建ROS2节点对象并进行初始化
    rclpy.spin(node)                                    # 循环等待ROS2退出
    node.destroy_node()                                 # 销毁节点对象
    rclpy.shutdown()                                    # 关闭ROS2 Python接口

完成代码的编写后需要设置功能包的编译选项，让系统知道Python程序的入口，打开功能包的setup.py文件，加入如下入口点的配置：

entry_points={
   
        'console_scripts': [
         'action_move_server    = learning_action.action_move_server:main',
        ],
    },

注意：格式为触发程序（节点）名（最好和节点名一致）= 功能包.节点py源代码文件名：main

1.1.4.客户端源代码：

import rclpy                                      # ROS2 Python接口库
from rclpy.node   import Node                     # ROS2 节点类
from rclpy.action import ActionClient             # ROS2 动作客户端类

from learning_interface.action import MoveCircle  # 自定义的圆周运动接口

class MoveCircleActionClient(Node):
    def __init__(self, name):
        super().__init__(name)                   # ROS2节点父类初始化
        self._action_client = ActionClient(      # 创建动作客户端（接口类型、动作名）
            self, MoveCircle, 'move_circle') 

    def send_goal(self, enable):                 # 创建一个发送动作目标的函数
        goal_msg = MoveCircle.Goal()             # 创建一个动作目标的消息
        goal_msg.enable = enable                 # 设置动作目标为使能，希望机器人开始运动

        self._action_client.wait_for_server()    # 等待动作的服务器端启动
        self._send_goal_future = self._action_client.send_goal_async(   # 异步方式发送动作的目标
            goal_msg,                                                   # 动作目标
            feedback_callback=self.feedback_callback)                   # 处理周期反馈消息的回调函数

        self._send_goal_future.add_done_callback(self.goal_response_callback) # 设置一个服务器收到目标之后反馈时的回调函数

    def goal_response_callback(self, future):           # 创建一个服务器收到目标之后反馈时的回调函数
        goal_handle = future.result()                   # 接收动作的结果
        if not goal_handle.accepted:                    # 如果动作被拒绝执行
            self.get_logger().info('Goal rejected :(')
            return

        self.get_logger().info('Goal accepted :)')                            # 动作被顺利执行

        self._get_result_future = goal_handle.get_result_async()              # 异步获取动作最终执行的结果反馈
        self._get_result_future.add_done_callback(self.get_result_callback)   # 设置一个收到最终结果的回调函数 

    def get_result_callback(self, future):                                    # 创建一个收到最终结果的回调函数
        result = future.result().result                                       # 读取动作执行的结果
        self.get_logger().info('Result: {%d}' % result.finish)                # 日志输出执行结果

    def feedback_callback(self, feedback_msg):                                # 创建处理周期反馈消息的回调函数
        feedback = feedback_msg.feedback                                      # 读取反馈的数据
        self.get_logger().info('Received feedback: {%d}' % feedback.state) 

def main(args=None):                                       # ROS2节点主入口main函数
    rclpy.init(args=args)                                  # ROS2 Python接口初始化
    node = MoveCircleActionClient("action_move_client")    # 创建ROS2节点对象并进行初始化
    node.send_goal(True)                                   # 发送动作目标
    rclpy.spin(node)                                       # 循环等待ROS2退出
    node.destroy_node()                                    # 销毁节点对象
    rclpy.shutdown()                                       # 关闭ROS2 Python接口

完成代码的编写后需要设置功能包的编译选项，让系统知道Python程序的入口，打开功能包的setup.py文件，加入如下入口点的配置：

    entry_points={
   
        'console_scripts': [
         'action_move_client    = learning_action.action_move_client:main',
         'action_move_server    = learning_action.action_move_server:main',
        ],
    },

1.1.5.动作命令行操作：

动作的常用命令行操作如下：

$ ros2 action list                  # 查看服务列表
$ ros2 action info <action_name>    # 查看服务数据类型
$ ros2 action send_goal <action_name> <action_type> <action_data>   # 发送服务请求

1.2.参数：

1.2.1.查看参数列表：

$ ros2 param list

1.2.2.参数查询与修改：

如果想要查询或者修改某个参数的值，可以在param命令后边跟get或者set子命令：

$ ros2 param describe  action_move_client use_sim_time   # 查看某个参数的描述信息!
$ ros2 param get action_move_client use_sim_time         # 查询某个参数的值
$ ros2 param set action_move_client use_sim_time  True     # 修改某个参数的值

1.2.3.参数文件保存与加载：

$ ros2 param dump turtlesim >> turtlesim.yaml  # 将某个节点的参数保存到参数文件中
$ ros2 param load turtlesim turtlesim.yaml     # 一次性加载某一个文件中的所有参数

2.本方向外学习内容：

2.1.Java SE类和对象：

OOP（面向对象）类型的语言主要依靠对象的交互完成一件事情。我们不用关注具体的实现过程，只需要找准对象，理清对象之间的交互关系即可。
面向过程：
传统的方式：注重的是洗衣服的过程，少了一个环节可能都不行。

面向对象：

以面向对象方式来进行处理，就不关注洗衣服的过程，具体洗衣机是怎么来洗衣服，如何来甩干的，用户不用去关心，只需要将衣服放进洗衣机，倒入洗衣粉，启动开关即可，通过对象之间的交互来完成的。
注意：面向过程和面相对象并不是一门语言，而是解决问题的方法，没有那个好坏之分，都有其专门的应用场景。

2.1.1.类定义和使用:

类是用来对一个实体(对象)来进行描述的，主要描述该实体(对象)具有哪些属性(外观尺寸等)，哪些功能(用来干
啥)，描述完成后计算机就可以识别了。

比如：洗衣机，它是一个品牌，在Java中可以将其看成是一个类别。
属性：产品品牌，型号，产品重量，外观尺寸，颜色…
功能：洗衣，烘干、定时…

类的定义格式：

// 创建类
class ClassName{
   
field; // 字段(属性) 或者 成员变量
method; // 行为 或者 成员方法
}

class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体。
类中包含的内容称为类的成员。属性主要是用来描述类的，称之为类的成员属性或者类成员变量。方法主要说明类具有哪些功能，称为类的成员方法。

class WashMachine{
   
	public String brand; // 品牌
	public String type; // 型号
	public double weight; // 重量
	public double length; // 长
	public double width; // 宽
	public double height; // 高
	public String color; // 颜色
	public void washClothes(){
    // 洗衣服
	System.out.println("洗衣功能");
}
	public void dryClothes(){
    // 脱水
		System.out.println("脱水功能");
}
	public void setTime(){
    // 定时
		System.out.println("定时功能");
}
}

采用Java语言将洗衣机类在计算机中定义完成，经过javac编译之后形成.class文件，在JVM的基础上计算机就可以识别了。
注意事项

1. 一般一个文件当中只定义一个类
2. main方法所在的类一般要使用public修饰(注意：Eclipse默认会在public修饰的类中找main方法)
3. public修饰的类必须要和文件名相同
4. 不要轻易去修改public修饰的类的名称，如果要修改，通过开发工具修改。
5. 类名注意采用大驼峰定义。

2.1.2.类的实例化：

定义了一个类，就相当于在计算机中定义了一种新的类型，与int，double类似，只不过int和double是java语言自带的内置类型，而类是用户自定义了一个新的类型，比如：PetDog类和Student类。它们都是类(一种新定义的类型)有了这些自定义的类型之后，就可以使用这些类来定义实例(或者称为对象)。
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化，在java中采用new关键字，配合类名来实例化对象。

注意事项：
1.new 关键字用于创建一个对象的实例.
2.使用 . 来访问对象中的属性和方法.
3.同一个类可以创建对个实例.

this引用：

为什么要有this引用？

public class Date {
   
	public int year;
	public int month;
	public int day;
	public void setDay(int y, int m, int d){
   
		year = y;
		month = m;
		day = d;
	}
public void printDate(){
   
	System.out.println(year + "/" + month + "/" + day);
}
public static void main(String[] args) {
   
// 构造三个日期类型的对象 d1 d2 d3
	Date d1 = new Date();
	Date d2 = new Date();
	Date d3 = new Date();
	// 对d1，d2，d3的日期设置
	d1.setDay(2020,9,15);
	d2.setDay(2020,9,16);
	d3.setDay(2020,9,17);
	// 打印日期中的内容
	d1.printDate();
	d2.printDate();
	d3.printDate();
	}
}

以上代码定义了一个日期类，然后main方法中创建了三个对象，并通过Date类中的成员方法对对象进行设置和打
印，代码整体逻辑非常简单，没有任何问题。
但是细思之下有以下两个疑问：
1. 形参名不小心与成员变量名相同：

public void setDay(int year, int month, int day){
   
	year = year;
	month = month;
	day = day;
}

2. 三个对象都在调用setDate和printDate函数，但是这两个函数中没有任何有关对象的说明，setDate和
   printDate函数如何知道打印的是那个对象的数据呢？

什么是this引用？

this引用指向当前对象(成员方法运行时调用该成员方法的对象)，在成员方法中所有成员变量的操作，都是通过该引用去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

public class Date {
   
	public int year;
	public int month;
	public int day;
	public void setDay(int year, int month, int day){
   
		this.year = year;
		this.month = month;
		this.day = day;
	}
public void printDate(){
   
		System.out.println(this.year + "/" + this.month + "/" + this.day);
	}
}

this引用的特性:

1. this的类型：对应类类型引用，即哪个对象调用就是哪个对象的引用类型。
2. this只能在"成员方法"中使用。
3. 在"成员方法"中，this只能引用当前对象，不能再引用其他对象。
4. this是“成员方法”第一个隐藏的参数，编译器会自动传递，在成员方法执行时，编译器会负责将调用成员方法
   对象的引用传递给该成员方法，this负责来接收。

2.1.3.对象的构造及初始化：

通过前面知识点的学习得知，在Java方法内部定义一个局部变量时，必须要初始化，否则会编译失败。

2.1.3.1.构造方法：

构造方法(也称为构造器)是一个特殊的成员方法，名字必须与类名相同，在创建对象时，由编译器自动调用，并且在整个对象的生命周期内只调用一次

public class Date {
   
	public int year;
	public int month;
	public int day;
 // 构造方法：
 // 名字与类名相同，没有返回值类型，设置为void也不行
 // 一般情况下使用public修饰
 // 在创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次
public Date(int year, int month, int day){
   
	this.year = year;
	this.month = month;
	this.day = day;
	System.out.println("Date(int,int,int)方法被调用了");
}
public void printDate(){
   
	System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
}
public static void main(String[] args) {
   
	// 此处创建了一个Date类型的对象，并没有显式调用构造方法
	Date d = new Date(2021,6,9); // 输出Date(int,int,int)方法被调用了
	d.printDate(); // 2021-6-9
	}
}

特性：

1. 名字必须与类名相同。
2. 没有返回值类型，设置为void也不行。
3. 创建对象时由编译器自动调用，并且在对象的生命周期内只调用一次(相当于人的出生，每个人只能出生一次)
4. 构造方法可以重载(用户根据自己的需求提供不同参数的构造方法)
5. 如果用户没有显式定义，编译器会生成一份默认的构造方法，生成的默认构造方法一定是无参的。

public class Date {
   
	public int year;
	public int month;
	public int day;
	public void printDate(){
   
		System.out.println(year + "-" + month + "-" + day);
}
public static void main(String[] args) {
   
	Date d = new Date();
	d.printDate();
	}
}

上述Date类中，没有定义任何构造方法，编译器会默认生成一个不带参数的构造方法。
注意：一旦用户定义，编译器则不再生成。

6. 构造方法中，可以通过this调用其他构造方法来简化代码

	public class Date {
   
	public int year;
	public int month;
	public int day;
	// 无参构造方法--内部给各个成员赋值初始值，该部分功能与三个参数的构造方法重复
	// 此处可以在无参构造方法中通过this调用带有三个参数的构造方法
	// 但是this(1900,1,1);必须是构造方法中第一条语句
public Date(){
   
	//System.out.println(year); 注释取消掉，编译会失败
	this(1900, 1, 1);
	//this.year = 1900;
	//this.month = 1;
	//this.day = 1;
}
// 带有三个参数的构造方法
public Date(int year, int month, int day) {
   
	this.year = year;
	this.month = month;
	this.day = day;
	}
}

注意：
this(…)必须是构造方法中第一条语句

2.1.4.封装：

面向对象程序三大特性：封装、继承、多态。而类和对象阶段，主要研究的就是封装特性。何为封装呢？简单来说就是套壳屏蔽细节。
Java中主要通过类和访问权限来实现封装：类可以将数据以及封装数据的方法结合在一起，更符合人类对事物的认知，而访问权限用来控制方法或者字段能否直接在类外使用。Java中提供了四种访问限定符：

比如：
public：可以理解为一个人的外貌特征，谁都可以看得到
protected:主要是用在继承中，继承部分详细介绍
default(默认): 对于自己家族中(同一个包中)不是什么秘密，对于其他人来说就是隐私了
private：只有自己知道，其他人都不知道

public class Computer {
   
	private String cpu; // cpu
	private String memory; // 内存
	public String screen; // 屏幕
			String brand; // 品牌---->default属性
public Computer(String brand, String cpu, String memory, String screen) {
   
	this.brand = brand;
	this.cpu = cpu;
	this.memory = memory;
	this.screen = screen;
}
	public void Boot(){
   
		System.out.println("开机~~~");
}
	public void PowerOff(){
   
		System.out.println("关机~~~");
}
	public void SurfInternet(){
   
		System.out.println("上网~~~");
	}
}
public class TestComputer {
   
	public static void main(String[] args) {
   
		Computer p = new Computer("HW", "i7", "8G", "13*14");
		System.out.println(p.brand); // default属性：只能被本包中类访问
		System.out.println(p.screen); // public属性： 可以任何其他类访问
// System.out.println(p.cpu); // private属性：只能在Computer类中访问，不能被其他类访问
}
}

注意：一般情况下成员变量设置为private，成员方法设置为public。

2.1.5.包：

在面向对象体系中，提出了一个软件包的概念，即：为了更好的管理类，把多个类收集在一起成为一组，称为软件包。有点类似于目录,与Ros中的功能包。比如：为了更好的管理电脑中的歌曲，一种好的方式就是将相同属性的歌曲放在相同文件下，也可以对某个文件夹下的音乐进行更详细的分类。

在Java中也引入了包，包是对类、接口等的封装机制的体现，是一种对类或者接口等的很好的组织方式，比如：一个包中的类不想被其他包中的类使用。包还有一个重要的作用：在同一个工程中允许存在相同名称的类，只要处在不同的包中即可。
简单来说：许多类放在一个包（packag）中，类是文件，类的上级目录就是包（文件夹），而许多包又可以进行分类和整合。（上面说的同一包是指和该类并列的类的集合的最小目录（文件夹/包））。
比如：Test.java是文件 ，com.test是文件夹。文件要放在文件夹内。com.test.Test.java才是一个文件的绝对地址。
建议显式的指定要导入的类名. 否则容易出现冲突的情况.
在这种情况下需要使用完整的类名：

import java.util.*;
import java.sql.*;
public class Test {
   
	public static void main(String[] args) {
   
		java.util.Date date = new java.util.Date();
		System.out.println(date.getTime());
}
}

可以使用import static导入包中静态的方法和字段：

import static java.lang.Math.*;
public class Test {
   
	public static void main(String[] args) {
   
		double x = 30;
		double y = 40;
		// 静态导入的方式写起来更方便一些.
		// double result = Math.sqrt(Math.pow(x, 2) + Math.pow(y, 2));
		double result = sqrt(pow(x, 2) + pow(y, 2));
		System.out.println(result);
	}
}

2.1.5.1.自定义包：

基本规则：

在文件的最上方加上一个 package 语句指定该代码在哪个包中.
包名需要尽量指定成唯一的名字,通常会用公司的域名的颠倒形式(例如 ：com.hel.demo1).
包名要和代码路径相匹配. 例如创建 com.hel.demo1 的包, 那么会存在一个对应的路径 com/hel/demo1 来存储代码.
如果一个类没有 package 语句, 则该类被放到一个默认包中

操作步骤:

1. 在 IDEA 中先新建一个包: 右键 src -> 新建 -> 包：
   
2. 在弹出的对话框中输入包名, 例如 com.hel.demo1
3. 在包中创建类, 右键包名 -> 新建 -> 类, 然后输入类名即可.
   

2.1.6.static:

static修饰的成员变量，称为静态成员变量，静态成员变量最大的特性：不属于某个具体的对象，是所有对象所共享的。

【静态成员变量特性】

1. 不属于某个具体的对象，是类的属性，所有对象共享的，不存储在某个对象的空间中
2. 既可以通过对象访问，也可以通过类名访问，但一般更推荐使用类名访问
3. 类变量存储在方法区当中
4. 生命周期伴随类的一生(即：随类的加载而创建，随类的卸载而销毁)

Java中，被static修饰的成员方法称为静态成员方法，是类的方法，不是某个对象所特有的。静态成员一般是通过静态方法来访问的。

【静态方法特性】

1. 不属于某个具体的对象，是类方法
2. 可以通过对象调用，也可以通过类名.静态方法名(…)方式调用，更推荐使用后者
3. 不能在静态方法中访问任何非静态成员变量
4. 静态方法中不能调用任何非静态方法，因为非静态方法有this参数，在静态方法中调用时候无法传递this引用