ROS2中节点编译与功能实现的说明

对于使用ROS2来讲，编译与节点功能实现是最基本，也是最重要的开发工作，因为ROS2的编译涉及多个工具软件，节点功能实现则涉及C＋＋（当然也包括Python）的复杂的语法规则和ROS2系统的接口，这使得ROS2的开发人员对这两个问题的理解不是很深入。虽然线上很多关于ROS2编译和节点功能实现的资料和文档，很多ROS2的开发人员只是照葫芦画瓢，并没有真正理解ROS2中这两个功能是怎么实现的。因此本文通过典型的实例来详细说明这两个问题。
ROS2中可以使用C＋＋和Python，本文使用C＋＋来进行说明，通过C＋＋理解这两个问题之后，使用Python的ROS2开发道理是一样的。

一、关于ROS2中编译工具的一些基本说明

1.1 关于colcon：

colcon(CMake Order-of-Length CONstraints)是独立于ROS的一个编译工具，colcon可以在ROS2中进行编译，但是colcon不是只能在ROS2进行使用，它可以单独完成编译功能。
colcon的官网：https://colcon.readthedocs.io/

1.2 关于ament_tools：

ament_tools(ament_cmake,ament_python)是供ROS2使用的构建工具，只能在ROS2中使用。
ament_tools是ROS 2中的一个构建工具，主要用于编译、测试、安装和卸载软件包。ament_tools是ament构建系统的一部分，旨在提供一种命令行工具，帮助用户完成功能包的构建和管理工作
历史背景和功能:
ament_tools是ROS 2特定的构建工具，最初是为了与现有的ROS 1软件包并排安装而设计的，因为不同的目标Python版本导致了一些问题。随着ROS 2的发展，ament_tools逐渐被colcon取代，colcon是一个通用的构建工具，能够调用CMake和Python setuptools来完成构建任务。
使用方法和命令:
ament_tools提供了一系列命令来管理软件包的构建和安装，包括：
 ament build：编译软件包。
 ament test：测试软件包。
 ament install：安装软件包。
 ament uninstall：卸载软件包。
与其他构建工具的比较:
在ROS 2的早期版本中，ament_tools是主要的构建工具，但在后来的版本中被colcon取代。

1.３ 关于colcon与cmake的关系：

Colcon通过调用CMake和其他工具(如Python的setuptools)来完成具体的构建任务。Colcon自动化了构建过程，处理了软件包的依赖关系，并设置了使用软件包的环境。
CMake是一个跨平台的构建系统生成器，用于描述、配置和生成编译系统。在ROS2中，CMake用于生成构建配置文件，如Makefile或项目文件，这些文件随后被用于实际的编译过程。Colcon在构建过程中会调用CMake来生成这些必要的构建文件，并执行实际的编译操作。
具体来说，Colcon通过CMake args(命令行参数)来控制构建过程，例如指定构建类型(如release或debug)、构建工具(如GitHub)等。这些参数帮助简化构建操作，提高构建效率。

1.４ 关于colcon与cmake的关系：

colcon和ament_tools是两个不同的工具，但它们在ROS2开发中有着密切的关系。
colcon是一个功能包构建工具，可以用于编译ROS2的代码。它替代了之前的构建工具如catkin_make、catkin_make_isolated和catkin_tools，成为ROS2推荐的构建工具。Colcon通过调用CMake和Python setuptools来完成构建任务。
ament_tools则是一个元工具集，提供了构建系统、测试框架和包管理等功能。ament_tools包括多个组件，如ament_cmake、ament_python等，用于支持ROS2的开发和构建过程。ament_cmake是基于CMake的构建系统，提供了更丰富的功能和更好的集成体验。
简而言之，Colcon是一个构建工具，主要用于编译ROS2的功能包；而ament_tools是一个工具集，包含了构建系统、测试框架和包管理等功能，两者在ROS2开发中各有分工，但相互协作，共同支持ROS2的开发和构建过程。

二、关于编译过程的说明

２.１ 用于说明的实例的功能包结构：

２.２ 节点的代码：

节点代码文件的文件名为：hello_code_c.cpp

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
int main(int argc, char **argv)
{
   
   
    rclcpp::init(argc, argv);

    auto node = std::make_shared<rclcpp::Node>("hello_world_node"); //创建hello_world节点
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "approach1: hello world!!");
    rclcpp::spin(node);
    rclcpp::shutdown();
    return 0;
}

２.３ 对cmakelist.txt和package.xml进行修改：

 在package.xml中添加依赖项

  <depend>rclcpp</depend>

 对cmakelist.txt进行修改
修改cmakelist.txt的过程主要涉及4个地方，find_package(),add_executable(), ament_target_dependencies()和install()
cmakelist.txt的完整截图如下图所示：

在这里需要修改的4个地方，其中1区修改的是find_package()，2区和3区分别采用不同的内容对add_executable(), ament_target_dependencies()和install()进行修改的。

２.４ 对cmakelist.txt修改内容的解释：

根据这里的cmakelist.txt内容做如下解释:

1. find_package()是指节点代码需要包括进来的外部功能包
2. add_executable()是将代码文件对应指定可执行文件名(注意，linux系统中的可执行文件不是exe文件)，也就是对应代码文件编译之后进行运行时对应的命令，其实际效果相当于windows系统下代码文件编译之后得到的可执行文件对应的文件名，这个指定的名字不一定要与代码文件一致。在ROS中有时把这个名字指定为跟代码中Node对象名字一致，