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1. Node定义
1.1 ROS1与ROS2的定义区别
- ROS1和ROS2在功能上没有区别(提供publish,subscribe,client,service等角色功能)
- 生命周期:
- ROS1中每个node的初始化都在一个main函数中,都对应一个进程。main函数中,通过初始化一个node得到一个node handle传入自定义的node behavior构造函数来定义node行为
- ROS2中每个node都继承自一个基类rclcpp::Node,采用子类继承的方式来暴露接口,这样每个node的生命周期都得到有效的控制。(这个lifecycle定义在更底层rcl层)
- ROS2 Node提供的创建服务接口,node实例继承自基类,创建函数返回的都是SharedPtr:
- rclcpp::Node->create_callback_group
- rclcpp::Node->create_publisher
- rclcpp::Node->create_subscription
- rclcpp::Node->create_client
- rclcpp::Node->create_service
- rclcpp::Node->create_subnode
- rclcpp::Node->create_wall_timer
1.2 Node.hpp代码
//std::enable_shared_from_this<T> 能让一个(类型是T,且已经被shared_ptr管理)安全地生成额外的std::shared_ptr。(定义于<memory>, 所以只要继承rclcpp::Node就必须要添加memory)
class Node : public std::enable_shared_from_this<Node>
{
public:
RCLCPP_SMART_PTR_DEFINITIONS(Node) //"rclcpp/macros.hpp" 生成指针SharedPtr
/// Create a new node with the specified name.
/**
* \param[in] node_name Name of the node.
* \param[in] options Additional options to control creation of the node.
*/
RCLCPP_PUBLIC //"rclcpp/visibility_control.hpp"
explicit Node( //禁止隐式转换的构造函数。
const std::string & node_name,
const NodeOptions & options = NodeOptions());
/// Create a new node with the specified name.
/**
* \param[in] node_name Name of the node.
* \param[in] namespace_ Namespace of the node.
* \param[in] options Additional options to control creation of the node.
*/
RCLCPP_PUBLIC
explicit Node(
const std::string & node_name,
const std::string & namespace_,
const NodeOptions & options = NodeOptions());
RCLCPP_PUBLIC
virtual ~Node();
/// Get the name of the node.
/** \return The name of the node. */
RCLCPP_PUBLIC
const char * //Node::name一旦定义就不能改变
get_name() const; //声明const不可修改成员变量
/// Get the namespace of the node.
/**
* This namespace is the "node's" namespace, and therefore is not affected
* by any sub-namespace's that may affect entities created with this instance.
* Use get_effective_namespace() to get the full namespace used by entities.
*
* \sa get_sub_namespace()
* \sa get_effective_namespace()
* \return The namespace of the node.
*/
RCLCPP_PUBLIC
const char *
get_namespace() const;
/// Get the fully-qualified name of the node.
/**
* The fully-qualified name includes the local namespace and name of the node.
*/
RCLCPP_PUBLIC
const char *
get_fully_qualified_name() const;
/// Get the logger of the node.
/** \return The logger of the node. */
RCLCPP_PUBLIC
rclcpp::Logger
get_logger() const;
/// Create and return a callback group.
RCLCPP_PUBLIC
rclcpp::callback_group::CallbackGroup::SharedPtr
create_callback_group(rclcpp::callback_group::CallbackGroupType group_type);
/// Return the list of callback groups in the node.
RCLCPP_PUBLIC
const std::vector<rclcpp::callback_group::CallbackGroup::WeakPtr> &
get_callback_groups() const;
/// Create and return a Publisher.
/**
* The rclcpp::QoS has several convenient constructors, including a
* conversion constructor for size_t, which mimics older API's that
* allows just a string and size_t to create a publisher.
*
* For example, all of these cases will work:
*
* cpp
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", 10); // implicitly KeepLast
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", QoS(10)); // implicitly KeepLast
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", QoS(KeepLast(10)));
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", QoS(KeepAll()));
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", QoS(1).best_effort().volatile());
* {
* rclcpp::QoS custom_qos(KeepLast(10), rmw_qos_profile_sensor_data);
* pub = node->create_publisher<MsgT>("chatter", custom_qos);
* }
*
*
* The publisher options may optionally be passed as the third argument for
* any of the above cases.
*
* \param[in] topic_name The topic for this publisher to publish on.
* \param[in] qos The Quality of Service settings for the publisher.
* \param[in] options Additional options for the created Publisher.
* \return Shared pointer to the created publisher.
*/
template<
typename MessageT,
typename AllocatorT = std::allocator<void>,
typename PublisherT = rclcpp::Publisher<MessageT, AllocatorT>>
std::shared_ptr<PublisherT>
create_publisher(
const std::string & topic_name,
const rclcpp::QoS & qos,
const PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options =
PublisherOptionsWithAllocator<AllocatorT>()
);
//publisherT指针,定义topic_name, qos和相关options
/// Create and return a Subscription.
/**
* \param[in] topic_name The topic to subscribe on.
* \param[in] callback The user-defined callback function to receive a message
* \param[in] qos_history_depth The depth of the subscription's incoming message queue.
* \param[in] options Additional options for the creation of the Subscription.
* \param[in] msg_mem_strat The message memory strategy to use for allocating messages.
* \return Shared pointer to the created subscription.
*/
template<
typename MessageT,
typename CallbackT,
typename AllocatorT = std::allocator<void>,
typename CallbackMessageT =
typename rclcpp::subscription_traits::has_message_type<CallbackT>::type,
typename SubscriptionT = rclcpp::Subscription<CallbackMessageT, AllocatorT>,
typename MessageMemoryStrategyT = rclcpp::message_memory_strategy::MessageMemoryStrategy<
CallbackMessageT,
AllocatorT
>
>
std::shared_ptr<SubscriptionT>
create_subscription(
const std::string & topic_name,
const rclcpp::QoS & qos,
CallbackT && callback,
const SubscriptionOptionsWithAllocator<AllocatorT> & options =
SubscriptionOptionsWithAllocator<AllocatorT>(),
typename MessageMemoryStrategyT::SharedPtr msg_mem_strat = (
MessageMemoryStrategyT::create_default()
)
);
//sub消息指针,qos,相关triger callback, options
/// Create a timer.
/**
* \param[in] period Time interval between triggers of the callback.
* \param[in] callback User-defined callback function.
* \param[in] group Callback group to execute this timer's callback in.
*/
template<typename DurationRepT = int64_t, typename DurationT = std::milli, typename CallbackT>
typename rclcpp::WallTimer<CallbackT>::SharedPtr
create_wall_timer(
std::chrono::duration<DurationRepT, DurationT> period,
CallbackT callback,
rclcpp::callback_group::CallbackGroup::SharedPtr group = nullptr);
//timer定时器,定时区间period,trigger callback
//service和client
/* Create and return a Client. */
template<typename ServiceT>
typename rclcpp::Client<ServiceT>::SharedPtr
create_client(
const std::string & service_name,
const rmw_qos_profile_t & qos_profile = rmw_qos_profile_services_default,
rclcpp::callback_group::CallbackGroup::SharedPtr group = nullptr);
/* Create and return a Service. */
template<typename ServiceT, typename CallbackT>
typename rclcpp::Service<ServiceT>::SharedPtr
create_service(
const std::string & service_name,
CallbackT && callback,
const rmw_qos_profile_t & qos_profile = rmw_qos_profile_services_default,
rclcpp::callback_group::CallbackGroup::SharedPtr group = nullptr);
//参数设置部分
RCLCPP_PUBLIC
const rclcpp::ParameterValue &
declare_parameter(
const std::string & name,
const rclcpp::ParameterValue & default_value = rclcpp::ParameterValue(),
const rcl_interfaces::msg::ParameterDescriptor & parameter_descriptor =
rcl_interfaces::msg::ParameterDescriptor(),
bool ignore_override = false);
//泛型编程重载函数1
template<typename ParameterT>
auto
declare_parameter(
const std::string & name,
const ParameterT & default_value,
const rcl_interfaces::msg::ParameterDescriptor & parameter_descriptor =
rcl_interfaces::msg::ParameterDescriptor(),
bool ignore_override = false);
//重载2
template<typename ParameterT>
std::vector<ParameterT>
declare_parameters(
const std::string & namespace_,
const std::map<std::string, ParameterT> & parameters,
bool ignore_overrides = false);
//重载3
template<typename ParameterT>
std::vector<ParameterT>
declare_parameters(
const std::string & namespace_,
const std::map<
std::string,
std::pair<ParameterT, rcl_interfaces::msg::ParameterDescriptor>
> & parameters,
bool ignore_overrides = false);
//删除parameter
RCLCPP_PUBLIC
void
undeclare_parameter(const std::string & name);
RCLCPP_PUBLIC
bool
has_parameter(const std::string & name) const;
RCLCPP_PUBLIC
rcl_interfaces::msg::SetParametersResult
set_parameter(const rclcpp::Parameter & parameter);
RCLCPP_PUBLIC
std::vector<rcl_interfaces::msg::SetParametersResult>
set_parameters(const std::vector<rclcpp::Parameter> & parameters);
RCLCPP_PUBLIC
rcl_interfaces::msg::SetParametersResult
set_parameters_atomically(const std::vector<rclcpp::Parameter> & parameters);
... //相关parameters的重载函数非常多。不列举了
//成员变量
protected:
/// Construct a sub-node, which will extend the namespace of all entities created with it.
/**
* \sa create_sub_node()
*
* \param[in] other The node from which a new sub-node is created.
* \param[in] sub_namespace The sub-namespace of the sub-node.
*/
RCLCPP_PUBLIC
Node(
const Node & other,
const std::string & sub_namespace);
//私有成员变量
private:
RCLCPP_DISABLE_COPY(Node) //删除拷贝构造函数
RCLCPP_PUBLIC
bool
group_in_node(callback_group::CallbackGroup::SharedPtr group);
rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr node_base_;
rclcpp::node_interfaces::NodeGraphInterface::SharedPtr node_graph_;
rclcpp::node_interfaces::NodeLoggingInterface::SharedPtr node_logging_;
rclcpp::node_interfaces::NodeTimersInterface::SharedPtr node_timers_;
rclcpp::node_interfaces::NodeTopicsInterface::SharedPtr node_topics_;
rclcpp::node_interfaces::NodeServicesInterface::SharedPtr node_services_;
rclcpp::node_interfaces::NodeClockInterface::SharedPtr node_clock_;
rclcpp::node_interfaces::NodeParametersInterface::SharedPtr node_parameters_;
rclcpp::node_interfaces::NodeTimeSourceInterface::SharedPtr node_time_source_;
rclcpp::node_interfaces::NodeWaitablesInterface::SharedPtr node_waitables_;
const rclcpp::NodeOptions node_options_;
const std::string sub_namespace_;
const std::string effective_namespace_;
};
2. 相关C++11的语法:
2.1 继承自std::enable_shared_from_this
参考链接: https://blog.youkuaiyun.com/fm_VAE/article/details/79660768
在智能指针的使用过程中我们会遇到这样一种情况,我们在类的成员函数调用某一个函数,而该函数需要传递一个当前对象的智能指针作为参数时,我们需要能够在成员函数中获得自己的智能指针。传递这个智能指针可以增加指针的引用次数,放置在函数执行的过程中,对象被释放而引发引用错误。
但是我们不能在类中使用this构建一个这样的shared_ptr, 不是成员函数的shared_ptr是在栈中生成的,一旦超出作用域,shared_ptr被析构,会导致这个对象本身的this被析构,从而导致致命错误。
为了解决这个问题,在c++11中提供了enable_shared_from_this这个模板类。他提供了一个shared_from_this方法返回自己的智能指针。而这个返回的shared_from_this是基类成员变量,会在返回的过程中增加指针的引用次数。
注意这个shared_from_this()必须要等待构造函数将对象构造完成之后才能返回。
2.2 SharedPtr成员变量来自哪里?
出现在RCLCPP_SMART_PTR_DEFINITIONS(Node)
定义如下:
#define RCLCPP_SMART_PTR_DEFINITIONS(...) \
RCLCPP_SHARED_PTR_DEFINITIONS(__VA_ARGS__) \
RCLCPP_WEAK_PTR_DEFINITIONS(__VA_ARGS__) \
RCLCPP_UNIQUE_PTR_DEFINITIONS(__VA_ARGS__)
#define RCLCPP_SHARED_PTR_DEFINITIONS(...) \
__RCLCPP_SHARED_PTR_ALIAS(__VA_ARGS__) \
__RCLCPP_MAKE_SHARED_DEFINITION(__VA_ARGS__)
#define __RCLCPP_SHARED_PTR_ALIAS(...) \
using SharedPtr = std::shared_ptr<__VA_ARGS__>; \
using ConstSharedPtr = std::shared_ptr<const __VA_ARGS__>;
这里都是宏定义,最终落在using SharedPtr = std::shared_ptr<VA_ARGS>等定义。在这里SharedPtr就是shared_ptr<VA_ARGS>的别名。
注意这里的SharedPtr。在看代码的时候经常会发现有如下:
rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr sub_;
你就会发现说这个类里边没有定义SharedPtr这个成员变量啊,这个是怎么来的。你去看源码的时候就会发现每一个基类都会有RCLCPP_SMART_PTR_DEFINITIONS(T)
这个宏定义,找到最末端就会发现SharedPtr定义在这里,然后还是public成员变量。
这里就留了一个疑问?所有的基类都继承自std::enable_shared_from_this,说明就提供了一个方法shared_from_this()
方法返回一个这个对象的指针。那为什么还要重新创建一个SharedPtr对象。
2.3 using关键字
在c++11中using的三种用法:https://blog.youkuaiyun.com/shift_wwx/article/details/78742459
- 命名空间的使用
- 在子类中引用基类的成员
class T5Base {
public:
T5Base() :value(55) {}
virtual ~T5Base() {}
void test1() { cout << "T5Base test1..." << endl; }
protected:
int value;
};
class T5Derived : private T5Base { //私有继承,成员变量在子类中全部转为private.。那么在public中如何访问基类成员。
public:
//using T5Base::test1;
//using T5Base::value;
void test2() { cout << "value is " << value << endl; }
};
————————————————
版权声明:本文为优快云博主「私房菜」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/shift_wwx/article/details/78742459
- 别名指定,类似于typedef。相比于typedef,using很容易区分一个别名(尤其是函数指针)。
2.4 删除拷贝构造函数
#define RCLCPP_DISABLE_COPY (...)
__VA_ARGS__(const __VA_ARGS__ &) = delete; \
__VA_ARGS__ & operator=(const __VA_ARGS__ &) = delete;
C++11则使用delete关键字显式指示编译器不生成函数的默认版本。
https://blog.youkuaiyun.com/u012333003/article/details/25299939
2.5 __attribute__
__attribute__可以设置函数属性(FunctionAttribute)、变量属性(Variable Attribute)和类型属性(Type Attribute). 函数属性可以帮助开发者把一些特性添加到函数声明中,从而可以使编译器在错误检查方面的功能更强大。也很容易同非GNU应用程序做到兼容之功效。
出现在RCLCPP_PUBLIC等定义中(visibility_control.hpp) https://gcc.gnu.org/wiki/Visibility
语法格式为__attribute__ ((attribute-list))
在C语言中,可以使用static关键字限制符号(函数或变量)只对当前的文件可见,即,static对符号的限制在单个文件级别。而共享库(或动态库)可能包含一个或多个文件,如何将符号限制在库文件(模块)的级别,大多数链接器提供了将一个模块的所有符号进行隐藏或导出的方法,但这样对符号的控制会缺乏灵活性,因此,还有一些额外的工作需要我们来处理。(在GCC 4.0下)
https://blog.youkuaiyun.com/zdragon2002/article/details/6061962
https://blog.youkuaiyun.com/delphiwcdj/article/details/45225889
在编译一个大型的动态链接库的时候,选择不同的链接方式-fvisibility=default
可以决定动态链接库向外暴露哪些接口。
而使用宏定义来实现visibility可以方便代码在不同平台上迁移。
所以在(visibility_control.hpp)
中进行如下定义:
#if defined _WIN32 || defined __CYGWIN__ //针对win平台
#ifdef __GNUC__
#define RCLCPP_EXPORT __attribute__ ((dllexport))
#define RCLCPP_IMPORT __attribute__ ((dllimport))
#else
#define RCLCPP_EXPORT __declspec(dllexport)
#define RCLCPP_IMPORT __declspec(dllimport)
#endif
#ifdef RCLCPP_BUILDING_LIBRARY
#define RCLCPP_PUBLIC RCLCPP_EXPORT
#else
#define RCLCPP_PUBLIC RCLCPP_IMPORT
#endif
#define RCLCPP_PUBLIC_TYPE RCLCPP_PUBLIC
#define RCLCPP_LOCAL
#else //针对Linux平台
#define RCLCPP_EXPORT __attribute__ ((visibility("default"))) //设置全部可见,链接库接口暴露
#define RCLCPP_IMPORT
#if __GNUC__ >= 4 //编译器GCC是4.0版本以上
#define RCLCPP_PUBLIC __attribute__ ((visibility("default")))
#define RCLCPP_LOCAL __attribute__ ((visibility("hidden"))) //连接库接口隐藏
#else //GCC4.0版本一下不支持visibility control,那就只能全部暴露出去了(因为代码里应该也没有相关的static声明)
#define RCLCPP_PUBLIC
#define RCLCPP_LOCAL
#endif
#define RCLCPP_PUBLIC_TYPE
#endif
2.6 explicit
在C++中,explicit关键字用来修饰类的构造函数,被修饰的构造函数的类,不能发生相应的隐式类型转换,只能以显示的方式进行类型转换。
也就是说如果一个构造函数被声明了explicit,那么不能隐式的转换成拷贝构造函数。
class Circle
{
public:
Circle(double r) : R(r) {}
Circle(int x, int y = 0) : X(x), Y(y) {}
Circle(const Circle& c) : R(c.R), X(c.X), Y(c.Y) {}
private:
double R;
int X;
int Y;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
//发生隐式类型转换
//编译器会将它变成如下代码
//tmp = Circle(1.23)
//Circle A(tmp);
//tmp.~Circle();
Circle A = 1.23;
//如果构造函数变成:
// explicit Circle(double r) : R(r) {}
// 那个上边这一句就会报错,不能隐式转化拷贝构造函数。
//注意是int型的,调用的是Circle(int x, int y = 0)
//它虽然有2个参数,但后一个有默认值,任然能发生隐式转换
Circle B = 123;
//这个算隐式调用了拷贝构造函数
Circle C = A;
return 0;
}
3. 创建pubsub实例
3.1 创建pkg
- 创建workspace
~/ros2_ws/src
- 在
~/ros2_ws/src
下创建pkg
ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub
# 基本方法是 ros2 pkg create --build-type [cmake, ament_cmake] pkg-name
# --help 访问帮助文档
- 在
~/ros2_ws/src/cpp_pubsub
下会创建pkg树
-include
-src
-CMakeLists.txt
-package.xml
- 在
cpp_pubsub/src
下创建文件
3.2 简单的publisher node
//published_member_function.cpp
#include <chrono>
#include <memory>
#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_;
};
//主函数
int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);
rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
rclcpp::shutdown();
return 0;
}
- c++11中
std::bind()
这个方法定义在中,用来实现函数转发器,广泛用于泛型编程。看一下源码定义:
template< class F, class... Args >
/*unspecified*/ bind( F&& f, Args&&... args );
- f是可调用对象callable,(函数对象、指向函数指针、到函数引用、指向成员函数指针或指向数据成员指针)
- args是要绑定的参数列表。
- 注意在主函数中已经没有显示的创建node(ros1中是显示的创建node handle),而是生成一个MinimalPublisher的对象进入spin。
- std::make_shared(Args& …args)。调用class T的构造函数,并返回一个std::shared_ptr,同时use_count+1。
3.3 CMakeLists.txt
CMakeLists中要添加dependencies和相关的编译可执行文件
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()
3.4 package.xml
<exec_depend>rclcpp</exec_depend>
<exec_depend>std_msgs</exec_depend>
3.5 编译publisher node
- 在ros2_ws/下编译
- colcon build 编译ros2_ws/src下的所有pkg
- colcon build --packages-select <pkg—name> 编译单独的pkg
- 目前(2020.3)还没有提供类似于catkin clean这样的清理编译空间的命令,想要清理的话只能手动删除install, log, build文件
- 编译得到的可执行文件在/build/cpp_pubsub/talker,可以直接执行可执行文件,不用使用ros2 run
- 如果要使用ros2,和ros1一样要执行环境变量操作source ros2_ws/install/setup.bash。 查看ros2寻址的所有pkg ros2 pkg list
- 运行ros2 run cpp_pubsub talker
3.6 同样的subscription node
//subscribe_member_function.cpp
#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::SharedPtr 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;
}
需要注意的是不管是publisher还是subscription的构造过程中,QoS不能省了。顶层的QoS可以理解为data stream buffer,在ros1中也有相关的定义,但是因为ros2的底层是DDS,所以QoS必须定义。
std::placeholder::_1
一个占位符,为什么要使用这个?
std::bind()
绑定类内成员函数:
- 绑定的成员函数不能有重载,bind函数只能通过函数名来识别函数
- 绑定类内成员函数,首先要传递对象指针this,然后通过占位符_1来添加传递的参数,这里也就是msg。
- bind本身是一种延迟计算的思想。
- 那么这里就涉及到这个callback到底什么时候在调用呢。
- std::bind()返回的是一个函数未指定类型的函数对象,具体返回什么类型决定于可调用函数f。