用C++编写一个简单的发布者和订阅者
摘要：节点（Node）是通过 ROS 图进行通信的可执行进程。
本文分享自华为云社区《编写一个简单的发布者和订阅者》，作者： MAVER1CK 。
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参考官方文档：Writing a simple publisher and subscriber (C++)
背景
节点（Node）是通过 ROS 图进行通信的可执行进程。 在本教程中，节点将通过话题（Topic）以字符串消息的形式相互传递信息。 这里使用的例子是一个简单的“talker”和“listener”系统； 一个节点发布数据，另一个节点订阅该话题，以便它可以接收该数据。 可以在此处找到这些示例中使用的代码。
1.创建一个包
打开一个新的终端然后source你的ROS 2安装，以便ros2命令可以正常使用：
source /opt/ros/humble/setup.bash
回顾一下，包应该在src目录下创建，而不是在工作区的根目录下。因此，接下来，cd到ros2_ws/src，并运行包创建命令。
ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub
你的终端将返回一条信息，验证你的cpp_pubsub包及其所有必要的文件和文件夹的创建。
cd到ros2_ws/src/cpp_pubsub/src。回顾一下，这是任何CMake包中包含可执行文件的源文件所在的目录。
2.编写发布者节点
下载示例代码：
wget -O publisher_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp
打开之后内容如下
#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 查看代码
代码的顶部包括你将要使用的标准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系统中最常见的部分。最后是std_msgs/msg/string.hpp，它包括你将用于发布数据的内置消息类型。
这些行代表节点的依赖关系。 回想一下，必须将依赖项添加到 package.xml 和 CMakeLists.txt，您将在下一节中执行此操作。
#include <chrono> #include <functional> #include <memory> #include <string> #include "rclcpp/rclcpp.hpp" #include "std_msgs/msg/string.hpp" using namespace std::chrono_literals;
下一行通过继承rclcpp::Node创建节点类MinimalPublisher。代码中的每个this都是指的节点。
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。在构造函数内部，发布者使用 String 消息类型、话题名称为 topic 以及所需的队列大小，以便在发生备份时限制消息，进行初始化。 接下来，timer_ 被初始化，这导致 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函数是设置消息数据和实际发布消息的地方。RCLCPP_INFO宏确保每个发布的消息都被打印到控制台。
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); }
最后是定时器、发布者和计数器字段的声明。
rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_; rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_; size_t count_;
在 MinimalPublisher 类之后是 main，节点实际执行的地方。 rclcpp::init 初始化 ROS 2，rclcpp::spin 开始处理来自节点的数据，包括来自定时器的回调。
int main(int argc, char * argv[]) { rclcpp::init(argc, argv); rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>()); rclcpp::shutdown(); return 0; }
2.2 添加依赖
回到ros2_ws/src/cpp_pubsub目录，那里已经为你创建了CMakeLists.txt和package.xml文件。
打开 package.xml文件。正如上一个教程中提到的，确保填写<description>、<maintainer>和<license>标签。
<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构建工具的依赖关系后增加一行，并粘贴以下与你的节点的include语句相对应的依赖关系。
<depend>rclcpp</depend> <depend>std_msgs</depend>
这声明包在执行其代码时需要 rclcpp 和 std_msgs。
修改好后记得保存文件。
2.3 CMakeLists
现在打开CMakeLists.txt文件。在现有的依赖关系find_package(ament_cmake REQUIRED)下面，添加几行：
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
之后，添加可执行文件并将其命名为talker，这样你就可以用ros2 run来运行你的节点：
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能够找到你的可执行文件：
install(TARGETS
talker
DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
你可以通过删除一些不必要的部分和注释来清理你的CMakeLists.txt，所以它看起来像这样：
cmake_minimum_required(VERSION 3.5) project(cpp_pubsub) Default to C++14 if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD) set(CMAKE_CXX_STANDARD 14) endif() if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang") add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic) endif() find_package(ament_cmake REQUIRED) find_package(rclcpp REQUIRED) find_package(std_msgs REQUIRED) add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp) ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs) install(TARGETS talker DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}) ament_package()
你现在可以 build 你的包，source local_setup.bash，然后运行它，但让我们先创建订阅者节点，这样你就可以看到一个完整工作的系统。
3.编写订阅者节点
返回到ros2_ws/src/cpp_pubsub/src来创建下一个节点。在你的终端输入以下代码：
wget -O subscriber_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp
在终端中输入ls，现在将返回：
publisher_member_function.cpp subscriber_member_function.cpp
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 查看代码
订阅者节点的代码几乎与发布者的相同。现在节点被命名为minimal_subscriber，构造函数使用节点的create_subscription类来执行回调。
没有计时器，因为无论任何时候只要数据发送到topic话题，订阅者都会作出响应：
public: MinimalSubscriber() : Node("minimal_subscriber") { subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>( "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1)); }
在话题教程中已经知道，发布者和订阅者使用的话题名称和消息类型必须匹配，这样他们才能进行通信。
topic_callback函数接收通过话题发布的字符串消息数据，然后使用RCLCPP_INFO宏将内容输出到终端。
这个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_;
main函数是完全一样的，只是现在它spin了MinimalSubscriber节点。对于发布者节点来说，spin意味着启动定时器，但对于订阅者来说，它只是意味着准备在消息到来时接收它们。
由于这个节点与发布者节点有相同的依赖关系，所以没有什么新的东西需要添加到package.xml中。
4.构建并运行
你可能已经安装了rclcpp和std_msgs软件包作为你的ROS 2系统的一部分。在你的工作空间（ros2_ws）的根目录下运行rosdep是一个很好的做法，可以在构建之前检查是否有遗漏的依赖：
rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y
然后构建软件包：
colcon build --packages-select cpp_pubsub
打开一个新的终端，cd到ros2_ws，然后source设置文件：
. install/setup.bash
现在运行 talker 节点：
ros2 run cpp_pubsub talker
终端应该开始每0.5秒发布一次信息，像这样：
[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"
再打开一个新的终端，cd到ros2_ws，然后source设置文件：
. install/setup.bash
现在运行 listener 节点：
ros2 run cpp_pubsub listener
listener 将开始在终端打印消息，从发布者当时的消息计数开始，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"
在每个终端中按Ctrl+C来停止运行节点。