ROS2前置基础教程 | 小鱼教你用g++编译ROS2节点

已于 2024-04-27 15:33:54 修改
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分类专栏： ROS2机器人入门到实战 文章标签： ROS2 g++ 节点
于 2022-06-14 16:02:41 首次发布
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小鱼教你用g++编译ROS2节点

写在前面

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讲这一节的原因，是小鱼发现很多小伙伴在后期学习和使用ROS2时候，遇到各种依赖找不到的问题，不知如何解决。其实就是对C++依赖查找机制不熟悉，本节就是帮你打牢基础。

1.动态链接库

动态链接库介绍

引用文章：

程序编译一般需要经预处理、编译、汇编和链接几个步骤。在实际应用中，有些公共代码需要反复使用，就把这些代码编译成为“库”文件。在链接步骤中，链接器将从库文件取得所需的代码，复制到生成的可执行文件中，这种库称为静态（链接）库，其特点是可执行文件中包含了库代码的一份完整拷贝，缺点是被多次使用就会多份冗余拷贝。还有一种库，就是程序在开始运行后调用库函数时才被载入，这种库独立于现有的程序，其本身不可执行，但包含着程序需要调用的一些函数，这种库称为动态（链接）库（Dynamic Link Library）。

img

在widows平台下，静态链接库是.lib文件，动态库文件是.dll文件。在linux平台下，静态链接库是.a文件，动态链接库是.so文件。

2. 用g++编译ROS2的C++节点

2.1 编写节点

编写一个ROS2的C++节点非常简单，只需三行代码即可完成。

打开终端，创建chapt2/basic目录，用VSCODE打开d2lros2目录。

mkdir -p d2lros2/chapt2/basic/
code d2lros2

接着在左侧chapt2上新建first_node.cpp，然后在first_node.cpp中输入下面的代码。

// 包含rclcpp头文件，如果Vscode显示红色的波浪线也没关系
// 我们只是把VsCode当记事本而已，谁会在意记事本对代码的看法呢，不是吗？
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

int main(int argc, char **argv)
{
    // 调用rclcpp的初始化函数
    rclcpp::init(argc, argv);
    // 调用rclcpp的循环运行我们创建的first_node节点
    rclcpp::spin(std::make_shared<rclcpp::Node>("first_node"));
    return 0;
}

2.2 编译

接着我们使用g++来编译first_node节点。正常的话一定会报错。

g++ first_ros2_node.cpp

报错内容如下：

root@490925f19143:~/d2lros2/d2lros2/chapt2/basic# g++ first_ros2_node.cpp 
first_ros2_node.cpp:3:10: fatal error: rclcpp/rclcpp.hpp: No such file or directory
    3 | #include "rclcpp/rclcpp.hpp"
      |          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.

一定要记住这个错误 No such file or directory，这将是你接下来机器人学习工作生涯中最常见的错误之一。

接着小鱼来说说错误原因和解决方案。

原因我们在代码里包含了"rclcpp/rclcpp.hpp"头文件，但是g++找不到这个头文件，解决方法就是告诉g++这个头文件的目录。

首先我们要找到这个头文件在哪里，这个头文件是ROS2的客户端库，其地址肯定在ROS2的安装目录下，即/opt/ros/humble/include/rclcpp。

cd /opt/ros/humble/include/rclcpp
ls rclcpp/* | grep rclcpp.h

ls指令列出命令 | grep rclcpp.h 是对列出的结果进行过滤，只显示包含rclcpp.h的行。

使用上面的指令，可以看到这个文件确实在这里。

image-20220603130600648

接着我们可以用-I（大写i）来为g++指定这个目录，然后再次运行，你会发现依然报错

g++ first_ros2_node.cpp -I /opt/ros/humble/include/rclcpp/

报错如下

root@490925f19143:~/d2lros2/d2lros2/chapt2/basic# g++ first_ros2_node.cpp -I/opt/ros/humble/include/rclcpp/ 
In file included from /opt/ros/humble/include/rclcpp/rclcpp/executors/multi_threaded_executor.hpp:25,
                 from /opt/ros/humble/include/rclcpp/rclcpp/executors.hpp:21,
                 from /opt/ros/humble/include/rclcpp/rclcpp/rclcpp.hpp:155,
                 from first_ros2_node.cpp:3:
/opt/ros/humble/include/rclcpp/rclcpp/executor.hpp:30:10: fatal error: rcl/guard_condition.h: No such file or directory
   30 | #include "rcl/guard_condition.h"
      |          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.

虽然错误有些不一样，但是核心的文件都是一样的，你应该都看到了No such file or directory这个问题，并且错误信息还提示你了，在/opt/ros/humble/include/rclcpp/rclcpp/executors/multi_threaded_executor.hpp:25这个位置，包含了rcl/guard_condition.h发现找不到这个头文件。

既然错误一样，那么解决方案也是相同的，rcl/guard_condition.h所在的路径是/opt/ros/humble/include/rcl/我们再次指定后运行。

g++ first_ros2_node.cpp -I /opt/ros/humble/include/rclcpp/ -I /opt/ros/humble/include/rcl/

你会发现还是相同错误，因为头文件的包含是类似于套娃形式的，一层层加下去，总有终点，直到小鱼最终这个样子

g++ first_ros2_node.cpp \
-I/opt/ros/humble/include/rclcpp/ \
-I /opt/ros/humble/include/rcl/ \
-I /opt/ros/humble/include/rcutils/ \
-I /opt/ros/humble/include/rmw \
-I /opt/ros/humble/include/rcl_yaml_param_parser/ \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_runtime_c \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_typesupport_interface \
-I /opt/ros/humble/include/rcpputils \
-I /opt/ros/humble/include/builtin_interfaces \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_runtime_cpp \
-I /opt/ros/humble/include/tracetools \
-I /opt/ros/humble/include/rcl_interfaces \
-I /opt/ros/humble/include/libstatistics_collector \
-I /opt/ros/humble/include/statistics_msgs

运行完上面这段代码，你会发现报的错误变了。

/usr/bin/ld: /tmp/ccoA8hho.o: in function `main':
first_ros2_node.cpp:(.text+0x37): undefined reference to `rcutils_get_default_allocator'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text+0x5c): undefined reference to `rclcpp::InitOptions::InitOptions(rcutils_allocator_s)'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text+0x7d): undefined reference to `rclcpp::init(int, char const* const*, rclcpp::InitOptions const&, rclcpp::SignalHandlerOptions)'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text+0x89): undefined reference to `rclcpp::InitOptions::~InitOptions()'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text+0xb1): undefined reference to `rclcpp::spin(std::shared_ptr<rclcpp::Node>)'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text+0xe9): undefined reference to `rclcpp::InitOptions::~InitOptions()'
/usr/bin/ld: /tmp/ccoA8hho.o: in function `void __gnu_cxx::new_allocator<rclcpp::Node>::construct<rclcpp::Node, char const (&) [11]>(rclcpp::Node*, char const (&) [11])':
first_ros2_node.cpp:(.text._ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_[_ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_]+0x86): undefined reference to `rcutils_get_default_allocator'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text._ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_[_ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_]+0xb7): undefined reference to `rclcpp::NodeOptions::NodeOptions(rcutils_allocator_s)'
/usr/bin/ld: first_ros2_node.cpp:(.text._ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_[_ZN9__gnu_cxx13new_allocatorIN6rclcpp4NodeEE9constructIS2_JRA11_KcEEEvPT_DpOT0_]+0xe7): undefined reference to `rclcpp::Node::Node(std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > const&, rclcpp::NodeOptions const&)'
collect2: error: ld returned 1 exit status

请记住上面错误中的undefined reference to xxxxx，这将是你接下来机器人学习工作生涯中另一个最常见的错误。

原因在于g++找不到库文件，解决方法就是我们帮助它定位到库文件的位置，并通过-L参数指定库目录，-l（小写L）指定库的名字。

ROS2相关的库的地址都在/opt/ros/humble/lib下，你可以使用下面的指定看到rclcpp的动态链接库。

ls /opt/ros/humble/lib | grep rclcpp

image-20220603131959194

指定库目录和使用的库后的终极命令

g++ first_ros2_node.cpp \
-I/opt/ros/humble/include/rclcpp/ \
-I /opt/ros/humble/include/rcl/ \
-I /opt/ros/humble/include/rcutils/ \
-I /opt/ros/humble/include/rmw \
-I /opt/ros/humble/include/rcl_yaml_param_parser/ \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_runtime_c \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_typesupport_interface \
-I /opt/ros/humble/include/rcpputils \
-I /opt/ros/humble/include/builtin_interfaces \
-I /opt/ros/humble/include/rosidl_runtime_cpp \
-I /opt/ros/humble/include/tracetools \
-I /opt/ros/humble/include/rcl_interfaces \
-I /opt/ros/humble/include/libstatistics_collector \
-I /opt/ros/humble/include/statistics_msgs \
-L /opt/ros/humble/lib/ \
-lrclcpp -lrcutils

运行后，你会发现没有任何报错了，但是在当前目录下多出了一个a.out，这个就是我们将上面的代码编译和链接完库之后得出的可执行文件。

如果你觉得a.out不好听，可以在g++指定后添加 -o 名字 ，比如 -o first_node

3. 运行节点

执行代码

./a.out

打开新的终端，使用ros2 node list查看正在运行的节点，是否有first_node。

image-20220603133814964

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