编写一个简单的发布者和订阅者（C++）

目标： 使用C++创建并运行发布者和订阅者节点。

教程级别: 初学者

**时间：**20分钟

内容

背景
先决条件
任务
总结
下一步
相关内容

背景 

节点是在 ROS 图中进行通信的可执行进程。在本教程中，节点将以字符串消息的形式相互传递信息，通过一个主题。这里使用的示例是一个简单的 "talker" 和 "listener" 系统；一个节点发布数据，另一个节点订阅该主题以接收数据。

这些示例中使用的代码可以在这里找到。

先决条件 

在之前的教程中，你学会了如何创建工作空间和创建包。

任务 

1 创建一个包 

在一个新的终端中源化你的 ROS 2 安装，这样 ros2 命令才能正常工作。

进入在上一个教程中创建的 ros2_ws 目录。

记住，包应该创建在 src 目录中，而不是工作空间的根目录。所以，进入 ros2_ws/src 目录，并运行包创建命令：

ros2 pkg create --build-type ament_cmake cpp_pubsub

终端会返回一条消息，确认已创建名为 cpp_pubsub 的包及其所有必要的文件和文件夹。

进入 ros2_ws/src/cpp_pubsub/src 目录。请注意，这是任何 CMake 包中包含可执行文件的源文件所在的目录。

2 编写发布者节点 

通过输入以下命令下载示例 talker 代码：

wget -O publisher_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp

wget -O publisher_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp

在 Windows 命令行提示符中：

curl -sk https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp -o publisher_member_function.cpp

或者在powershell中执行：

curl https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_publisher/member_function.cpp -o publisher_member_function.cpp

现在会有一个名为``publisher_member_function.cpp``的新文件。使用您喜欢的文本编辑器打开该文件。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

/* This example creates a subclass of Node and uses std::bind() to register a
* member function as a callback from the timer. */

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
  public:
    MinimalPublisher()
    : Node("minimal_publisher"), count_(0)
    {
      publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
      timer_ = this->create_wall_timer(
      500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
    }

  private:
    void timer_callback()
    {
      auto message = std_msgs::msg::String();
      message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
      publisher_->publish(message);
    }
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
    rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
    size_t count_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

2.1 检查代码

代码的开头包含了您将要使用的标准C++头文件。标准C++头文件之后是``rclcpp/rclcpp.hpp``的包含部分，它允许您使用ROS 2系统中最常见的组件。最后是``std_msgs/msg/string.hpp``，它包含了您将用于发布数据的内置消息类型。

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

这些行表示节点的依赖关系。请记住，依赖关系必须添加到``package.xml``和``CMakeLists.txt``中，在下一节中您将进行这些操作。

下一行通过从``rclcpp::Node``继承来创建节点类``MinimalPublisher``。代码中的每个``this``都是指向该节点。

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node

公共构造函数将节点命名为``minimal_publisher``，并将``count_``初始化为0。在构造函数内部，使用``String``消息类型、主题名称``topic``以及必要的队列大小来初始化发布者。接下来，初始化了``timer_``，它导致``timer_callback``函数每秒执行两次。

public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    timer_ = this->create_wall_timer(
    500ms, std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

``timer_callback``函数是设置消息数据并实际发布消息的地方。``RCLCPP_INFO``宏确保每个发布的消息都会打印到控制台。

private:
  void timer_callback()
  {
    auto message = std_msgs::msg::String();
    message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
    publisher_->publish(message);
  }

最后是定时器、发布者和计数器字段的声明。

rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
size_t count_;

下面是``MinimalPublisher``类的定义，接着是``main``函数，其中节点实际执行。``rclcpp::init``用于初始化ROS 2，``rclcpp::spin``则开始处理来自节点的数据，包括定时器的回调函数。

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalPublisher>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

2.2 添加依赖项

返回到``ros2_ws/src/cpp_pubsub``目录，这是``CMakeLists.txt``和``package.xml``文件所在的目录。这些文件已经为您创建好。

用文本编辑器打开``package.xml``文件。

如在:doc:之前的教程 <./Creating-Your-First-ROS2-Package>`中提到的，确保填写``<description>`, ``<maintainer>``和``<license>``标签:

<description>Examples of minimal publisher/subscriber using rclcpp</description>
<maintainer email="you@email.com">Your Name</maintainer>
<license>Apache License 2.0</license>

在``ament_cmake``构建工具依赖项之后添加一个新行，并粘贴以下与节点的包含语句对应的依赖项:

<depend>rclcpp</depend>
<depend>std_msgs</depend>

这将在构建和执行代码时声明该包需要``rclcpp``和``std_msgs``.

确保保存文件.

2.3 CMakeLists.txt

现在打开 CMakeLists.txt 文件。在现有的依赖项 find_package(ament_cmake REQUIRED) 下方，添加以下行：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

然后，添加可执行文件并将其命名为 talker，这样你就可以使用 ros2 run 运行你的节点：

add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

最后，添加 install(TARGETS...) 部分，以便 ros2 run 可以找到你的可执行文件：

install(TARGETS
  talker
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

你可以通过删除一些不必要的部分和注释来简化你的``CMakeLists.txt``，使其看起来像这样：

cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project(cpp_pubsub)

# Default to C++14
if(NOT CMAKE_CXX_STANDARD)
  set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
endif()

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

add_executable(talker src/publisher_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  talker
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

ament_package()

现在您可以构建您的软件包，加载本地设置文件并运行它，但是让我们首先创建订阅者节点，这样您就可以看到整个系统的运行情况。

3 编写订阅者节点 

返回到 ros2_ws/src/cpp_pubsub/src 目录，创建下一个节点。在终端中输入以下代码：

wget -O subscriber_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp

wget -O subscriber_member_function.cpp https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp

在 Windows 命令行提示符中：

curl -sk https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp -o subscriber_member_function.cpp

或者在powershell中执行：

curl https://raw.githubusercontent.com/ros2/examples/humble/rclcpp/topics/minimal_subscriber/member_function.cpp -o subscriber_member_function.cpp

现在在控制台输入 ls 将会返回：

publisher_member_function.cpp  subscriber_member_function.cpp

使用文本编辑器打开 subscriber_member_function.cpp。

#include <memory>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"
using std::placeholders::_1;

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
  public:
    MinimalSubscriber()
    : Node("minimal_subscriber")
    {
      subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
    }

  private:
    void topic_callback(const std_msgs::msg::String & msg) const
    {
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg.data.c_str());
    }
    rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  rclcpp::spin(std::make_shared<MinimalSubscriber>());
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

3.1 检查代码

订阅者节点的代码与发布者几乎完全相同。现在节点被命名为 minimal_subscriber，构造函数使用节点的 create_subscription 类来执行回调函数。

没有定时器，因为订阅者只会在数据被发布到 topic 主题时做出响应。

public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
    "topic", 10, std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
  }

回顾一下主题教程中提到，发布者和订阅者使用的主题名称和消息类型必须匹配，才能使它们进行通信。

topic_callback 函数接收通过主题发布的字符串消息数据，并使用 RCLCPP_INFO 宏将其简单地写入控制台。

这个类中仅有一个字段声明，即订阅。

private:
  void topic_callback(const std_msgs::msg::String & msg) const
  {
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "I heard: '%s'", msg.data.c_str());
  }
  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;

main 函数完全相同，只是现在它旋转 MinimalSubscriber 节点。对于发布者节点，旋转意味着启动计时器，而对于订阅者节点，它只是准备在消息到来时接收消息。

由于该节点与发布者节点具有相同的依赖关系，因此在``package.xml``中没有新内容可添加。

3.2 CMakeLists.txt

重新打开``CMakeLists.txt``，在发布者的条目下面添加订阅者节点的可执行文件和目标。

add_executable(listener src/subscriber_member_function.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)

install(TARGETS
  talker
  listener
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

确保保存文件，然后您的发布/订阅系统就准备好了。

4 构建和运行 

很可能您已经在您的ROS 2系统中安装了``rclcpp``和``std_msgs``软件包。在构建之前，最好在您的工作空间根目录（ros2_ws）中运行``rosdep``来检查是否存在缺失的依赖项：

rosdep install -i --from-path src --rosdistro humble -y

仍然在您的工作空间根目录（ros2_ws）中，构建您的新软件包：

colcon build --packages-select cpp_pubsub

colcon build --packages-select cpp_pubsub

colcon build --merge-install --packages-select cpp_pubsub

打开一个新的终端，导航到 ros2_ws，并加载设置文件：

. install/setup.bash

. install/setup.bash

call install/setup.bat

现在运行对话节点：

ros2 run cpp_pubsub talker

终端应该会每0.5秒发布一条信息消息，如下所示：

[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 0"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 1"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 2"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 3"
[INFO] [minimal_publisher]: Publishing: "Hello World: 4"

打开另一个终端，在``ros2_ws``内部再次source设置文件，然后启动监听节点：

ros2 run cpp_pubsub listener

监听器将从发布者当前的消息计数开始，将消息打印到控制台，就像这样：

[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 10"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 11"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 12"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 13"
[INFO] [minimal_subscriber]: I heard: "Hello World: 14"

在每个终端中输入``Ctrl+C``来停止节点的旋转。

总结 

你创建了两个节点，用于在一个话题上发布和订阅数据。在编译和运行之前，你将它们的依赖项和可执行文件添加到了软件包配置文件中。

下一步 

接下来，你将使用服务/客户端模型创建另一个简单的ROS 2软件包。同样，你可以选择使用 C++ 或者 Python 进行编写。