路径规划 C++ ROS2 (Ⅰ)

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rclcpp/rclcpp.hpp

在ROS 2（Robot Operating System 2）中，rclcpp 是用于 ROS 2 中 C++ 开发的一个重要的库。rclcpp/rclcpp.hpp 文件是 rclcpp 库的头文件，包含了 ROS 2 中 C++ 开发所需的类和函数声明。

这个头文件通常包含了一系列类、宏定义和函数声明，用于创建 ROS 2 节点、发布和订阅话题、执行服务调用等常见的 ROS 2 操作。

以下是一些可能包含在 rclcpp/rclcpp.hpp 头文件中的内容：

Node 类： 用于创建 ROS 2 节点，管理节点的生命周期和执行节点相关操作。
Publisher 类和 Subscriber 类： 用于发布和订阅 ROS 2 话题，实现节点间的通信。
Service 类和 Client 类： 用于执行 ROS 2 服务的提供和调用，实现节点间的请求-响应通信。
Timer 类： 用于创建定时器，执行定时任务。
Parameter 类： 用于管理 ROS 2 节点的参数。
Logger 类： 用于记录节点的日志信息。
AsyncSpinner 类和 SyncSpinner 类： 用于在 ROS 2 中实现异步和同步的事件循环。

rclcpp/rclcpp.hpp 文件中的内容涵盖了 ROS 2 中 C++ 开发的核心功能，为开发者提供了丰富的工具和接口来实现机器人系统的开发和控制。

Frenet 坐标系

Frenet 坐标系是一种常用于描述车辆轨迹的坐标系，通常用于路径规划和车辆控制。在 Frenet 坐标系中，车辆轨迹被分解为横向位置（横向偏移）和纵向位置（纵向距离）两个维度，这种描述方式可以更好地适应曲线道路和弯道。

以下是 Frenet 坐标系中常用的几个概念：

s 轴（纵向距离）： s 轴表示车辆沿着道路中心线的纵向距离，通常以车辆所在位置到路径起点的弧长表示。s 轴沿着路径方向递增。
l 轴（横向位置）： l 轴表示车辆在道路横向的位置偏移量，即车辆相对于路径中心线的横向距离。l 轴垂直于 s 轴，正值表示车辆在路径右侧，负值表示车辆在路径左侧。
s_d 和 l_d： 分别表示 s 和 l 对时间的导数，即纵向速度和横向位置的速度。
s_d_d 和 l_d_d： 分别表示 s_d 和 l_d 对时间的导数，即纵向加速度和横向位置的加速度。
s_d_d_d 和 l_d_d_d： 分别表示 s_d_d 和 l_d_d 对时间的导数，即纵向加速度的变化率和横向位置加速度的变化率。

using names std;

using namespace std; 是一个C++中常见的语句，它表示在当前作用域中引入了 std 命名空间的所有成员，这样在使用标准库中的函数、类和对象时就不需要在前面加上 std:: 前缀。

虽然使用 using namespace std; 可以简化代码编写，但是在实际开发中也存在一些潜在的问题：

命名冲突： 可能会造成命名空间冲突，特别是在较大的项目中引入多个命名空间时。
可读性： 可能降低代码的可读性，因为读者无法准确知道使用的函数或类来自于哪个命名空间。

class PlanningNode : public rclcpp::Node

这段代码看起来是在 C++ 中定义了一个名为 PlanningNode 的类，该类继承自 rclcpp::Node。在 ROS 2 中，rclcpp::Node 是用于创建 ROS 2 节点的类，它提供了节点的基本功能和与 ROS 2 系统进行通信的接口。

通过继承 rclcpp::Node 类，PlanningNode 类将具有创建节点、发布和订阅话题、执行服务调用等 ROS 2 相关功能的能力。

    class PlanningNode : public rclcpp::Node
    {
    public:
        PlanningNode();
        void MainLoop();

这段代码定义了一个名为 PlanningNode 的类，该类继承自 rclcpp::Node，并声明了两个成员函数 PlanningNode() 和 MainLoop()。

在这个类中，PlanningNode() 是构造函数，用于初始化 PlanningNode 类的对象。而 MainLoop() 函数则可能用于执行主循环或主要的规划逻辑。通常，ROS 2 节点的主要操作会在一个循环中进行，处理传入的消息、执行规划算法等。

构造函数

在C++中，构造函数是一种特殊的成员函数，用于初始化类的对象。构造函数的名称与类名相同，没有返回类型（包括void），可以有参数也可以没有参数。当创建类的对象时，构造函数会被自动调用来初始化对象的状态。

在这里，PlanningNode() 是构造函数的声明，表示 PlanningNode 类的默认构造函数，没有参数。构造函数的定义（implementation）将包含在类的定义之外，通常在类的实现文件中。一个构造函数的定义可能如下所示：

PlanningNode::PlanningNode() : Node("planning_node") {
    // 构造函数的实现
    // 可以在这里进行对象的初始化操作
}

在这个构造函数的定义中，PlanningNode:: 用于指明这是 PlanningNode 类的构造函数的实现。在构造函数中，通过 Node("planning_node") 初始化基类 rclcpp::Node，并可以在构造函数中进行其他对象的初始化操作。

rclcpp::Rate rate(10.0);

在ROS 2中，rclcpp::Rate 是用于控制循环频率的类，它可以确保循环以特定的频率运行。在你提供的代码片段中，rclcpp::Rate rate(10.0); 创建了一个名为 rate 的 rclcpp::Rate 对象，并将其初始化为 10Hz 的频率。

这行代码的作用是创建一个循环频率为 10Hz 的 rclcpp::Rate 对象，以便在循环中控制执行的速率。通常，这种做法用于控制ROS节点中的某些操作以特定的频率执行，比如控制器的更新、数据的发布等。

在实际使用中，你可以将 rate.sleep() 放置在循环中，以便根据所设置的频率来暂停当前执行线程，以保持指定的循环速率。

        carla_pnc::ReferenceLine reference_line(path_length,
                                                referline_params);

这行代码看起来是在C++中创建了一个名为 reference_line 的 carla_pnc::ReferenceLine 对象，通过使用给定的 path_length 和 referline_params 进行初始化。

.h .hpp .cpp

在C++项目中，通常会使用不同的文件扩展名来表示不同类型的文件：

.h 文件：通常是头文件（header file），包含类的声明、函数原型、宏定义等。这些文件通常用于在不同的源文件中共享声明，以便在编译时进行类型检查。
.hpp 文件：也是头文件，通常用于C++编程中。.hpp 文件与 .h 文件的主要区别在于，.hpp 文件假定包含的内容是C++代码，因此可以包含类的定义、模板类实现等。
.cpp 文件：通常是C++源文件，包含实际的类定义、函数实现等。这些文件包含了程序的实际实现，实现了在头文件中声明的类和函数。

一般来说，C++项目中的文件组织结构通常遵循以下模式：

.h 或 .hpp 文件用于声明类、函数等。
.cpp 文件用于实现类和函数。

MyClass.h（头文件，包含类的声明）：

#ifndef MYCLASS_H
#define MYCLASS_H

class MyClass {
public:
    MyClass(); // 构造函数声明
    void doSomething(); // 成员函数声明
private:
    int data;
};

#endif

MyClass.cpp（源文件，包含类的实现）：

#include "MyClass.h"

MyClass::MyClass() {
    data = 0;
}

void MyClass::doSomething() {
    // 实现 doSomething 函数
}