ROS课程讲义--2.1 Catkin编译系统

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本文深入探讨了Catkin编译系统，它是ROS平台中用于软件包管理和编译的工具，基于CMake并进行了扩展。文章详细介绍了Catkin的特点、工作原理及编译流程，对比了其与早期rosbuild系统的优劣。

Catkin编译系统

2.1 Catkin编译系统

对于源代码包，我们只有编译才能在系统上运行。而Linux下的编译器有gcc、g++，随着源文件的增加，直接用gcc/g++命令的方式显得效率低下，人们开始用Makefile来进行编译。然而随着工程体量的增大，Makefile也不能满足需求，于是便出现了Cmake工具。CMake是对make工具的生成器，是更高层的工具，它简化了编译构建过程，能够管理大型项目，具有良好的扩展性。对于ROS这样大体量的平台来说，就采用的是CMake，并且ROS对CMake进行了扩展，于是便有了Catkin编译系统。

早期的ROS编译系统是rosbuild，但随着ROS的不断发展，rosbuild逐渐暴露出许多缺点，不能很好满足系统需要。在Groovy版本面世后，Catkin作为rosbuild的替代品被正式投入使用。Catkin操作更加简化且工作效率更高，可移植性更好，而且支持交叉编译和更加合理的功能包分配。目前的ROS同时支持着rosbuild和Catkin两种编译系统，但ROS的核心软件包也已经全部转换为Catkin。rosbuild已经被逐步淘汰，所以建议初学者直接上手Catkin。

本节我们主要来介绍catkin的编译系统。

2.1.1 Catkin特点

Catkin是基于CMake的编译构建系统，具有以下特点：

Catkin沿用了包管理的传统像 find_package()基础结构,pkg-config
扩展了CMake，例如
- 软件包编译后无需安装就可使用
- 自动生成find_package()代码，pkg-config文件
- 解决了多个软件包构建顺序问题

一个Catkin的软件包（package）必须要包括两个文件：

package.xml: 包括了package的描述信息
- name, description, version, maintainer(s), license
- opt. authors, url's, dependencies, plugins, etc...
CMakeLists.txt: 构建package所需的CMake文件
- 调用Catkin的函数/宏
- 解析package.xml
- 找到其他依赖的catkin软件包
- 将本软件包添加到环境变量

2.1.2 Catkin工作原理

catkin编译的工作流程如下：

首先在工作空间catkin_ws/src/下递归的查找其中每一个ROS的package。
package中会有package.xml和CMakeLists.txt文件，Catkin(CMake)编译系统依据CMakeLists.txt文件,从而生成makefiles(放在catkin_ws/build/)。
然后make刚刚生成的makefiles等文件，编译链接生成可执行文件(放在catkin_ws/devel)。

也就是说，Catkin就是将cmake与make指令做了一个封装从而完成整个编译过程的工具。catkin有比较突出的优点，主要是：

操作更加简单
一次配置，多次使用
跨依赖项目编译

2.1.3 使用`catkin_make`进行编译

要用catkin编译一个工程或软件包，只需要用catkin_make指令。一般当我们写完代码，执行一次catkin_make进行编译,调用系统自动完成编译和链接过程，构建生成目标文件。编译的一般性流程如下，在1.5节我们编译ROS-Academy-for-Beginners教学包就是这样的流程。

$ cd ~/catkin_ws #回到工作空间,catkin_make必须在工作空间下执行
$ catkin_make    #开始编译
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash #刷新坏境

注意: catkin编译之前需要回到工作空间目录，catkin_make在其他路径下编译不会成功。编译完成后，如果有新的目标文件产生（原来没有），那么一般紧跟着要source刷新环境，使得系统能够找到刚才编译生成的ROS可执行文件。这个细节比较容易遗漏，致使后面出现可执行文件无法打开等错误。

catkin_make命令也有一些可选参数，例如：

catkin_make [args]
  -h, --help            帮助信息
  -C DIRECTORY, --directory DIRECTORY
                        工作空间的路径 (默认为 '.')
  --source SOURCE       src的路径 (默认为'workspace_base/src')
  --build BUILD         build的路径 (默认为'workspace_base/build')
  --use-ninja           用ninja取代make
  --use-nmake           用nmake取'make
  --force-cmake         强制cmake，即使已经cmake过
  --no-color            禁止彩色输出(只对catkin_make和CMake生效)
  --pkg PKG [PKG ...]   只对某个PKG进行make
  --only-pkg-with-deps  ONLY_PKG_WITH_DEPS [ONLY_PKG_WITH_DEPS ...]
                        将指定的package列入白名单CATKIN_WHITELIST_PACKAGES，
                        之编译白名单里的package。该环境变量存在于CMakeCache.txt。
  --cmake-args [CMAKE_ARGS [CMAKE_ARGS ...]]
                        传给CMake的参数
  --make-args [MAKE_ARGS [MAKE_ARGS ...]]
                        传给Make的参数
  --override-build-tool-check
                        用来覆盖由于不同编译工具产生的错误