通过话题(Topic)通信的例程说明ROS2客户端库(ROS Client Library)的结构与使用

前言

目前相关介绍ROS的参考书、教材、技术文档主要介绍ROS的代码，对代码的讲解、以及代码对应的ROS实现数据通信和控制功能对应的原理基本处于忽略状态，这使得开发者在使用ROS进行开发的过程中，只能靠自己摸索，缺乏系统的、整体对ROS功能实现的认识，造成功能开发主要通过模仿代码的方式，没有形成正向开发，即使自己有了好的功能构思之后，也难以自己完整实现。
ROS2提供了丰富的客户端库(ROS Client Library)，开发者主要也是通过RCL实现相关ROS功能的。开发者只有完全掌握ROS的RCL才能对代码对应的功能实现原理进行理解，对ROS开发的代码进行完整的掌握，从而形成基于ROS的正向开发能力。ROS的RCL包含太多API，开发者不可能对每个API都清楚原理、功能和使用方式，这时就需要依靠ROS的官方文档。开源也是ROS的优势之一，这也为开发者完整理解RCL的API通过了十分可靠的渠道。
在本文档中，通过ROS2的话题(topic)通信的publisher和subscriber代码，说明在ROS开发中使用到的API在官方文档和源码，使读者能够清楚这些API的来历、代码拓扑位置、功能以及接口。通过这个例子，读者可以明白如何通过ROS的官网和源码了解RCL的API，使得不再局限于模仿例程，具备自主查找RCL的API，从而获得正向开发能力。

实例与代码解构

publisher代码解析

在本文中使用ROS官网中提供的topic的publisher例程作为例子
https://docs.ros.org/en/foxy/Tutorials/Beginner-Client-Libraries/Writing-A-Simple-Py-Publisher-And-Subscriber.html
代码如下：

import rclpy
from rclpy.node import Node

from std_msgs.msg import String

class MinimalPublisher(Node):

    def __init__(self):
        super().__init__('minimal_publisher')
        self.publisher_ = self.create_publisher(String, 'topic', 10)
        timer_period = 0.5  # seconds
        self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)
        self.i = 0

    def timer_callback(self):
        msg = String()
        msg.data = 'Hello World: %d' % self.i
        self.publisher_.publish(msg)
        self.get_logger().info('Publishing: "%s"' % msg.data)
        self.i += 1

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)

    minimal_publisher = MinimalPublisher()

    rclpy.spin(minimal_publisher)

    # Destroy the node explicitly
    # (optional - otherwise it will be done automatically
    # when the garbage collector destroys the node object)
    minimal_publisher.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

if __name__ == '__main__':
    main()

在这里插入图片描述
下面进行代码说明。

代码1:

从ROS官网上给出的packlist可以看出，rclpy实际上ROS提供的许多个包当中的其中之一，rclpy并不是ROS客户端库的全部，当然rclpy是ROS客户端库当中最重要的一个包。此外从python的编译结构来说，rclpy属于python中的包(package)，整个这个网页上列出的包的集合才能叫做ROS的客户端库(RCL)。
在这里插入图片描述

(网页地址: https://index.ros.org/?search_packages=true#foxy)

代码2:

在这里插入图片描述
(网页地址: https://github.com/ros2/rclpy/tree/rolling/rclpy/rclpy)
从gihub上ROS2提供的RCL源码列表这里可以看出，rclpy.node是rclpy包中的node模块。
打开node模块的代码，可以看到代码中定义了Node类，所以这句代码的含义就是导入rclpy包中node模块中的Node类。
在这里插入图片描述
(网页地址: https://github.com/ros2/rclpy/blob/rolling/rclpy/rclpy/node.py)
当然，Node类是node.py模块中最重要的类，基本的操作都集中在这里了，所以ros的开发离不开使用这个类。

代码3:

在这里插入图片描述
(网页地址: https://index.ros.org/?search_packages=true#foxy)
通过上图，可以看出std_msgs是ROS中提供的一个包，主要用于标准信息的定义。而在这里导入的是string消息。
另外还需要说明的是，这个包里都是*.msg文件，在Python中是可以调用这种文件的。
在这里插入图片描述
(网页地址:
https://github.com/ros2/common_interfaces/blob/rolling/std_msgs/msg/String.msg)
可以看到在这里定义了一个data变量，类型是string型。

代码4:

在这里插入图片描述
这里使用的create_publisher函数是定义rclpy包中node模块中的Node类中，因为代码2导入了该类，所以这里可以使用这个函数。在这里从create_publisher函数的源码中摘出跟这个函数返回值有关的代码。

解释1:

def create_publisher(
        self,
        msg_type: Type[MsgT],
        topic: str,
        qos_profile: Union[QoSProfile, int],
        *,
        callback_group: Optional[CallbackGroup] = None,
        ev