编写测试简单的消息发布器和订阅器 (C++)（十）

本教程将介绍如何用 C++ 编写发布器节点和订阅器节点。

内容

编写发布器节点    源代码    代码说明编写订阅器节点    源代码    代码说明编译节点测试

编写发布器节点

『节点』(Node) 是指 ROS 网络中可执行文件。接下来，我们将会创建一个发布器节点(“talker”)，它将不断的在 ROS 网络中广播消息。

切换到之前创建的 beginner_tutorials package 路径下：

cd ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials

源代码

在 beginner_tutorials package 路径下创建一个src文件夹：

mkdir -p ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials/src

这个文件夹将会用来放置 beginner_tutorials package 的所有源代码。

在 beginner_tutorials package 里创建 src/talker.cpp 文件，并将如下代码粘贴到文件内：

#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h"#include <sstream>/** * This tutorial demonstrates simple sending of messages over the ROS system. */int main(int argc, char **argv){  /**   * The ros::init() function needs to see argc and argv so that it can perform   * any ROS arguments and name remapping that were provided at the command line. For programmatic   * remappings you can use a different version of init() which takes remappings   * directly, but for most command-line programs, passing argc and argv is the easiest   * way to do it.  The third argument to init() is the name of the node.   *   * You must call one of the versions of ros::init() before using any other   * part of the ROS system.   */  ros::init(argc, argv, "talker");  /**   * NodeHandle is the main access point to communications with the ROS system.   * The first NodeHandle constructed will fully initialize this node, and the last   * NodeHandle destructed will close down the node.   */  ros::NodeHandle n;  /**   * The advertise() function is how you tell ROS that you want to   * publish on a given topic name. This invokes a call to the ROS   * master node, which keeps a registry of who is publishing and who   * is subscribing. After this advertise() call is made, the master   * node will notify anyone who is trying to subscribe to this topic name,   * and they will in turn negotiate a peer-to-peer connection with this   * node.  advertise() returns a Publisher object which allows you to   * publish messages on that topic through a call to publish().  Once   * all copies of the returned Publisher object are destroyed, the topic   * will be automatically unadvertised.   *   * The second parameter to advertise() is the size of the message queue   * used for publishing messages.  If messages are published more quickly   * than we can send them, the number here specifies how many messages to   * buffer up before throwing some away.   */  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);  ros::Rate loop_rate(10);  /**   * A count of how many messages we have sent. This is used to create   * a unique string for each message.   */  int count = 0;  while (ros::ok())  {    /**     * This is a message object. You stuff it with data, and then publish it.     */    std_msgs::String msg;    std::stringstream ss;    ss << "hello world " << count;    msg.data = ss.str();    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());    /**     * The publish() function is how you send messages. The parameter     * is the message object. The type of this object must agree with the type     * given as a template parameter to the advertise<>() call, as was done     * in the constructor above.     */    chatter_pub.publish(msg);    ros::spinOnce();    loop_rate.sleep();    ++count;  }  return 0;}

代码说明

现在，我们来分段解释代码。

#include "ros/ros.h"

ros/ros.h 是一个实用的头文件，它引用了 ROS 系统中大部分常用的头文件。

#include "std_msgs/String.h"

这引用了 std_msgs/String 消息, 它存放在 std_msgs package 里，是由 String.msg 文件自动生成的头文件。需要关于消息的定义，可以参考 msg 页面。

  ros::init(argc, argv, "talker");

初始化 ROS 。它允许 ROS 通过命令行进行名称重映射——然而这并不是现在讨论的重点。在这里，我们也可以指定节点的名称——运行过程中，节点的名称必须唯一。

这里的名称必须是一个 base name ，也就是说，名称内不能包含 / 等符号。

  ros::NodeHandle n;

为这个进程的节点创建一个句柄。第一个创建的 NodeHandle 会为节点进行初始化，最后一个销毁的 NodeHandle 则会释放该节点所占用的所有资源。

  ros::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);

告诉 master 我们将要在 chatter（话题名） 上发布 std_msgs/String 消息类型的消息。这样 master 就会告诉所有订阅了 chatter 话题的节点，将要有数据发布。第二个参数是发布序列的大小。如果我们发布的消息的频率太高，缓冲区中的消息在大于 1000 个的时候就会开始丢弃先前发布的消息。

NodeHandle::advertise() 返回一个 ros::Publisher 对象,它有两个作用： 1) 它有一个 publish() 成员函数可以让你在topic上发布消息； 2) 如果消息类型不对,它会拒绝发布。

  ros::Rate loop_rate(10);

ros::Rate 对象可以允许你指定自循环的频率。它会追踪记录自上一次调用 Rate::sleep() 后时间的流逝，并休眠直到一个频率周期的时间。

在这个例子中，我们让它以 10Hz 的频率运行。

  int count = 0;  while (ros::ok())  {

roscpp 会默认生成一个 SIGINT 句柄，它负责处理 Ctrl-C 键盘操作——使得 ros::ok() 返回 false。

如果下列条件之一发生，ros::ok() 返回false：

SIGINT 被触发 (Ctrl-C)被另一同名节点踢出 ROS 网络ros::shutdown() 被程序的另一部分调用节点中的所有 ros::NodeHandles 都已经被销毁 

一旦 ros::ok() 返回 false, 所有的 ROS 调用都会失效。

    std_msgs::String msg;    std::stringstream ss;    ss << "hello world " << count;    msg.data = ss.str();

我们使用一个由 msg file 文件产生的『消息自适应』类在 ROS 网络中广播消息。现在我们使用标准的String消息，它只有一个数据成员 “data”。当然，你也可以发布更复杂的消息类型。

    chatter_pub.publish(msg);

这里，我们向所有订阅 chatter 话题的节点发送消息。

   ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

ROS_INFO 和其他类似的函数可以用来代替 printf/cout 等函数。具体可以参考 rosconsole documentation，以获得更多信息。

    ros::spinOnce();

在这个例子中并不是一定要调用 ros::spinOnce()，因为我们不接受回调。然而，如果你的程序里包含其他回调函数，最好在这里加上 ros::spinOnce()这一语句，否则你的回调函数就永远也不会被调用了。

    loop_rate.sleep();

这条语句是调用 ros::Rate 对象来休眠一段时间以使得发布频率为 10Hz。

对上边的内容进行一下总结：

初始化 ROS 系统在 ROS 网络内广播我们将要在 chatter 话题上发布 std_msgs/String 类型的消息以每秒 10 次的频率在 chatter 上发布消息 

接下来我们要编写一个节点来接收这个消息。

编写订阅器节点

源代码

在 beginner_tutorials package 目录下创建 src/listener.cpp 文件，并粘贴如下代码：

#include "ros/ros.h"#include "std_msgs/String.h"/** * This tutorial demonstrates simple receipt of messages over the ROS system. */void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());}int main(int argc, char **argv){  /**   * The ros::init() function needs to see argc and argv so that it can perform   * any ROS arguments and name remapping that were provided at the command line. For programmatic   * remappings you can use a different version of init() which takes remappings   * directly, but for most command-line programs, passing argc and argv is the easiest   * way to do it.  The third argument to init() is the name of the node.   *   * You must call one of the versions of ros::init() before using any other   * part of the ROS system.   */  ros::init(argc, argv, "listener");  /**   * NodeHandle is the main access point to communications with the ROS system.   * The first NodeHandle constructed will fully initialize this node, and the last   * NodeHandle destructed will close down the node.   */  ros::NodeHandle n;  /**   * The subscribe() call is how you tell ROS that you want to receive messages   * on a given topic.  This invokes a call to the ROS   * master node, which keeps a registry of who is publishing and who   * is subscribing.  Messages are passed to a callback function, here   * called chatterCallback.  subscribe() returns a Subscriber object that you   * must hold on to until you want to unsubscribe.  When all copies of the Subscriber   * object go out of scope, this callback will automatically be unsubscribed from   * this topic.   *   * The second parameter to the subscribe() function is the size of the message   * queue.  If messages are arriving faster than they are being processed, this   * is the number of messages that will be buffered up before beginning to throw   * away the oldest ones.   */  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);  /**   * ros::spin() will enter a loop, pumping callbacks.  With this version, all   * callbacks will be called from within this thread (the main one).  ros::spin()   * will exit when Ctrl-C is pressed, or the node is shutdown by the master.   */  ros::spin();  return 0;}

代码说明

下面我们将逐条解释代码，当然，之前解释过的代码就不再赘述了。

void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg){  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());}

这是一个回调函数，当接收到 chatter 话题的时候就会被调用。消息是以 boost shared_ptr 指针的形式传输，这就意味着你可以存储它而又不需要复制数据。

ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

告诉 master 我们要订阅 chatter 话题上的消息。当有消息发布到这个话题时，ROS 就会调用 chatterCallback() 函数。第二个参数是队列大小，以防我们处理消息的速度不够快，当缓存达到 1000 条消息后，再有新的消息到来就将开始丢弃先前接收的消息。

NodeHandle::subscribe() 返回 ros::Subscriber 对象,你必须让它处于活动状态直到你不再想订阅该消息。当这个对象销毁时，它将自动退订 chatter 话题的消息。

有各种不同的 NodeHandle::subscribe() 函数，允许你指定类的成员函数，甚至是 Boost.Function 对象可以调用的任何数据类型。roscpp overview 提供了更为详尽的信息。

  ros::spin();

ros::spin() 进入自循环，可以尽可能快的调用消息回调函数。如果没有消息到达，它不会占用很多 CPU，所以不用担心。一旦 ros::ok() 返回 false，ros::spin() 就会立刻跳出自循环。这有可能是 ros::shutdown() 被调用，或者是用户按下了 Ctrl-C，使得 master 告诉节点要终止运行。也有可能是节点被人为关闭的。

还有其他的方法进行回调，但在这里我们不涉及。想要了解，可以参考 roscpp_tutorials package 里的一些 demo 应用。需要更为详尽的信息，可以参考 roscpp overview。

下边，我们来总结一下:

初始化ROS系统订阅 chatter 话题进入自循环，等待消息的到达当消息到达，调用 chatterCallback() 函数 

编译节点

之前教程中使用 catkin_create_pkg 创建了 package.xml 和 CMakeLists.txt 文件。

生成的 CMakeLists.txt 看起来应该是这样(在 Creating Msgs and Srvs 教程中的修改和未被使用的注释和例子都被移除了):

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)project(beginner_tutorials)## Find catkin and any catkin packagesfind_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)## Declare ROS messages and servicesadd_message_files(DIRECTORY msg FILES Num.msg)add_service_files(DIRECTORY srv FILES AddTwoInts.srv)## Generate added messages and servicesgenerate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)## Declare a catkin packagecatkin_package()在 CMakeLists.txt 文件末尾加入几条语句:include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})add_executable(talker src/talker.cpp)target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})add_executable(listener src/listener.cpp)target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})

结果，CMakeLists.txt 文件看起来大概是这样:

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)project(beginner_tutorials)## Find catkin and any catkin packagesfind_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)## Declare ROS messages and servicesadd_message_files(FILES Num.msg)add_service_files(FILES AddTwoInts.srv)## Generate added messages and servicesgenerate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)## Declare a catkin packagecatkin_package()## Build talker and listenerinclude_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})add_executable(talker src/talker.cpp)target_link_libraries(talker ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)add_executable(listener src/listener.cpp)target_link_libraries(listener ${catkin_LIBRARIES})add_dependencies(listener beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

这会生成两个可执行文件, talker 和 listener, 默认存储到 devel space 目录下,具体是在~/catkin_ws/devel/lib/ 中.

现在要为可执行文件添加对生成的消息文件的依赖：

add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

这样就可以确保自定义消息的头文件在被使用之前已经被生成。因为 catkin 把所有的 package 并行的编译，所以如果你要使用其他 catkin 工作空间中其他 package 的消息，你同样也需要添加对他们各自生成的消息文件的依赖。当然，如果在 Groovy 版本下，你可以使用下边的这个变量来添加对所有必须的文件依赖:

add_dependencies(talker ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

你可以直接调用可执行文件，也可以使用 rosrun 来调用他们。他们不会被安装到 /bin 路径下，因为那样会改变系统的 PATH 环境变量。如果你确定要将可执行文件安装到该路径下，你需要设置安装位置，请参考 catkin/CMakeLists.txt

如果需要关于 CMakeLists.txt 更详细的信息，请参考 catkin/CMakeLists.txt

现在运行 catkin_make：

# In your catkin workspace$ catkin_make  

注意：如果你是添加了新的 package，你需要通过 –force-cmake 选项告诉 catkin 进行强制编译。参考 catkin/Tutorials/using_a_workspace#With_catkin_make。

测试

既然已经编写好了发布器和订阅器，下面让我们来测试消息发布器和订阅器。
启动发布器

确保roscore可用，并运行：

$ roscore

catkin specific 如果使用catkin，确保你在调用catkin_make后，在运行你自己的程序前，已经source了catkin工作空间下的setup.sh文件：

# In your catkin workspace$ cd ~/catkin_ws$ source ./devel/setup.bashIn the last tutorial we made a publisher called "talker". Let's run it:$ rosrun beginner_tutorials talker      (C++)$ rosrun beginner_tutorials talker.py   (Python) 

你将看到如下的输出信息:

[INFO] [WallTime: 1314931831.774057] hello world 1314931831.77[INFO] [WallTime: 1314931832.775497] hello world 1314931832.77[INFO] [WallTime: 1314931833.778937] hello world 1314931833.78[INFO] [WallTime: 1314931834.782059] hello world 1314931834.78[INFO] [WallTime: 1314931835.784853] hello world 1314931835.78[INFO] [WallTime: 1314931836.788106] hello world 1314931836.79

发布器节点已经启动运行。现在需要一个订阅器节点来接受发布的消息。

启动订阅器

上一教程，我们编写了一个名为”listener”的订阅器节点。现在运行它：

$ rosrun beginner_tutorials listener     (C++)$ rosrun beginner_tutorials listener.py  (Python) 

你将会看到如下的输出信息:

[INFO] [WallTime: 1314931969.258941] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931969.26[INFO] [WallTime: 1314931970.262246] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931970.26[INFO] [WallTime: 1314931971.266348] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931971.26[INFO] [WallTime: 1314931972.270429] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931972.27[INFO] [WallTime: 1314931973.274382] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931973.27[INFO] [WallTime: 1314931974.277694] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931974.28[INFO] [WallTime: 1314931975.283708] /listener_17657_1314931968795I heard hello world 1314931975.28

你已经测试完了发布器和订阅器