ROS2 学习笔记14：编写简单的发布者和订阅者 （C++）

Background 背景

节点是通过 ROS 图进行通信的可执行进程。在本教程中，节点将通过主题以字符串消息的形式互相传递信息。这里使用的示例是一个简单的 "talker "和 "listener "系统；一个节点发布数据，另一个节点订阅主题，以便接收数据。

这些示例中使用的代码可在此处找到https://github.com/ros2/examples/tree/iron/rclcpp/topics。

Prerequisites 前提

在前面的教程中，您学习了如何创建工作区和创建软件包

Tasks 任务

1 Create a package

新开一个终端，source一下ros2环境，保证ros2指令都没问题

进入前面课程创建的ros2_ws（工作空间）目录

进入dev_ws/src目录，运行包创建指令：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake --license Apache-2.0 cpp_pubsub

终端返回信息表明，你的包和相关必要的文件和文件夹都创建完成

进入dev_ws/src/cpp_pubsub/src目录，这是cmake包的目录，放着包含可执行文件的源码

2 Write the publisher node

输入以下命令下载 "talker "代码示例

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

现在将出现一个名为publisher_member_function.cpp的新文件。使用文本编辑器打开该文件。

#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 Examine the code

代码顶部包含了你将使用的标准 C++ 头文件。在标准 C++ 头文件之后是 rclcpp/rclcpp.hpp，它允许你使用 ROS 2 系统中最常用的部分。最后是 std_msgs/msg/string.hpp，其中包含了用于发布数据的内置消息类型

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

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

using namespace std::chrono_literals;

这些行代表节点的依赖关系。请记住，必须将依赖关系添加到 package.xml 和 CMakeLists.txt，这将在下一节中完成。

下一行通过继承 rclcpp::Node 创建了节点类 MinimalPublisher。代码中的所有this都是指向节点。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共构造函数将节点命名为 minimal_publisher，并将 count_ 初始化为 0。在构造函数中，发布者被初始化为字符串消息类型、主题名称topic和所需的队列大小，以便在发生备份时限制消息。接着，初始化 timer_，使 timer_callback 函数每秒执行两次。

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 函数用于设置信息数据和实际发布信息。RCLCPP_INFO 宏确保每条发布的消息都会打印到控制台。

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);
  }

最后是声明timer, publisher和counter变量。

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

MinimalPublisher类在主函数实例化，主函数是节点实际被执行的地方．rclcpp::init表示初始化ros2 ,rclcpp::spin开始处理来自节点的消息，包括来自timer的反馈

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

  rclcpp::shutdown(); 
  return 0; 
}

2.2 Add dependencies

进入dev_ws/src/cpp_pubsub目录，里面有你已经创建的CMakeLists.txt和package.xml文件

文本编辑器内打开package.xml

如同前面课程所说的，保证填写好<description>, <maintainer> 和<license>标签内容

<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclcpp</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache License 2.0</license>

增加一行在ament_cmake编译工具依赖后面，根据节点中所声明来粘贴下面依赖

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

声明软件包在编译和执行代码时需要 rclcpp 和 std_msgs。

确保保存文件

2.3 CMakeLists.txt

现在打开 CMakeLists.txt 文件。在现有依赖关系 find_package(ament_cmake REQUIRED) 下方，添加以下几行：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

添加可执行文件并命名为talker，这样，你就可以使用ros2 run来运行这个节点了

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

最后，添加 install(TARGETS...) 部分，以便 ros2 run 可以找到可执行文件

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

你也可以清理CMakeLists.txt里面不必要内容和注释：

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()

现在你可以编译你的包，source一下本地配置文件，并且运行 让我们创建一个subscriber节点，这样子你就可以看到整个系统运行了

3 Write the subscriber node

返回ros2_ws/src/cpp_pubsub/src目录，创建另外一个节点
终端输入下面指令

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

检查以确保这些文件存在

publisher_member_function.cpp  subscriber_member_function.cpp

用文本编辑器打开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 Examine the code

subscriber节点代码和publisher代码差不多．现在的节点名字是minimal_subscriber，构造函数使用节点create_subscription类实现回调

这里没有timer ，因为subscriber是简单响应任何时候topic话题发布

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

在主题教程中，发布者和订阅者使用的主题名称和消息类型必须匹配才能进行通信。

topic_callback 函数接收通过主题发布的字符串消息数据，并使用 RCLCPP_INFO 宏将其写入控制台。

该类中唯一的字段声明是订阅。

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_;

主函数完全相同，不同之处在于它现在会spin MinimalSubscriber 节点。对发布者节点来说，spin意味着启动计时器，但对订阅者来说，spin只是意味着准备随时接收消息。

由于该节点与发布者节点具有相同的依赖关系，因此无需在 package.xml 中添加任何新内容。

3.2 CMakeLists.txt

重新打开 CMakeLists.txt，在发布者条目下方为订阅者节点添加可执行文件和目标文件

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

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

保存文件，然后你的 pub/sub 系统准备可以用了

4 Build and run

安装ros2系统时候，你可能已经安装了rclcpp 和std_msgs包．编译前，在工作空间（ros2_ws）根目录执行rosdep来检查却少的依赖是一个很好的练习

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

也是在ros2_ws工作空间的根目录，编译你的包

colcon build --packages-select cpp_pubsub 

新开终端，进入ros2_ws目录，source一下配置文件

. install/setup.bash

现在运行talker节点

ros2 run cpp_pubsub talker

终端会每隔0.5秒发布一次消息

[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"

打开另外一个终端，同样进入ros2_ws目录，source一次该空间环境变量，然后运行listener节点：

ros2 run cpp_pubsub listener

listener将开始向控制台打印消息，从发布者当时的消息计数开始，就像这样：

[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"

每个终端输入ctrl+c，终止循环进行的节点

Summary 总结

您创建了两个节点，用于通过主题发布和订阅数据。在编译和运行它们之前，您在软件包配置文件中添加了它们的依赖项和可执行文件

Next steps 下一步

接下来，您将使用服务/客户端模型创建另一个简单的 ROS 2 软件包。同样，你可以选择用 C++ 或 Python 编写它。