ROS入门笔记（十）：编写与测试简单的消息发布器和订阅器（C++）

ROS入门笔记（十）：编写与测试简单的消息发布器和订阅器（C++）

[TOC]

01 导读

• 开发的功能包都放在catkin_ws这样一个工作空间里；
• 新建的功能包取名为topic_example，在这个功能包中分别编写两个节点程序talker.cpp和listener.cpp，发布节点（talker）向话题（chatter）发布std_msgsString类型的消息，订阅节点（listener）从话题（chatter）订阅std_msgsString类型的消息；
• 这里消息传递的具体内容是一句问候语“how are you ...”，通信网络结构如图所示：

话题编程流程

• 创建发布者
• 创建订阅者
• 添加编译选项
• 运行可执行程序

02 功能包的创建

在catkin_ws/src/目录下新建功能包topic_example，并在创建时显式的指明依赖roscpp和std_msgs。打开命令行终端，输入命令：

$ cd ~/catkin_ws/src

#创建功能包topic_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，
#依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中
$ catkin_create_pkg topic_example roscpp std_msgs

03 功能包的源代码编写

功能包中需要编写两个独立可执行的节点，一个节点用来发布消息，另一个节点用来订阅消息，所以需要在新建的功能包topic_example/src/目录下新建两个文件talker.cpp和listener.cpp，并将下面的代码分别填入。

3.1 编写发布器节点（talker.cpp）

『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。

如何实现一个发布者

• 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。

 // 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 "ros/ros.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。
 */
#include "std_msgs/String.h" 

#include <sstream>


int main(int argc, char **argv) 
{
    // 初始化 ROS;     
    // 可以指定节点名称，节点的名称必须唯一。
  ros::init(argc, argv, "talker");
    
    // 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::NodeHandle n;
    
 //创建一个Publisher，发布名为chatter的topic，消息类型为std_mags::String
 /*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::Publisher chatter_pub = n.advertise<std_msgs::String>("chatter", 1000);
  
   //设置循环的频率以 10Hz 的频率运行。
   /*
    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。
   */
  ros::Rate loop_rate(10);
  

  int count = 0;
  while (ros::ok())   // 一旦 ros::ok() 返回 false, 所有的 ROS 调用都会失效。
  {
    // 初始化std_msgs::String类型的消息
    std_msgs::String msg;
      
    std::stringstream ss;
    ss << "hello world " << count;
    msg.data = ss.str();
    ROS_INFO("%s", msg.data.c_str());

   //向所有订阅 chatter 话题的节点发送消息。
    chatter_pub.publish(msg);
 
    // 循环等待回调函数
    ros::spinOnce();

    // 按照循环频率延时; 调用 ros::Rate 对象来休眠一段时间以使得发布频率为 10Hz。
    loop_rate.sleep();
    ++count;
  }


  return 0;
}

3.2 编写订阅器节点（listener.cpp）

如何实现一个订阅者

• 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

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

// 这是一个回调函数，当接收到 chatter 话题的时候就会被调用
void chatterCallback(const std_msgs::String::ConstPtr& msg)
{
    //将接收到的消息打印出来
  ROS_INFO("I heard: [%s]", msg->data.c_str());
}

int main(int argc, char **argv)
{
    
  // 初始化Ros节点;
  ros::init(argc, argv, "listener");

  // 创建节点句柄；
  ros::NodeHandle n;

  //创建一个subacriber，订阅名为chatter的topic，注册回调函数chattercallback
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("chatter", 1000, chatterCallback);

  // 循环等待回调函数；
  ros::spin();

  return 0;
}

04 功能包的编译配置（编译节点）

说明：

• C++代码必须通过编译生成可执行文件；
• python代码是可执行文件，不需要编译；

如何编译代码

• 设置需要编译的代码和生成的可执行文件；
• 设置链接库；
• 设置依赖。

创建功能包topic_example时，显式的指明依赖roscpp和std_msgs，依赖会被默认写到功能包的CMakeLists.txt和package.xml中。

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})

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/<package name> 中.

05 功能包的编译

$ cd ~/catkin_ws
$ catkin_make -DCATKIN_WHITELIST_PACKAGES="topic_example"    
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash   # 刷新环境

06 测试消息发布器和订阅器

6.1 启动发布器

第一步，打开一个命令行终端：

$ roscore

第二步，再打开一个命令行终端：

# 用rosrun <package_name> <node_name>启动功能包中的发布节点。
$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash    # 激活catkin_ws工作空间（必须有，必不可少） 
$ rosrun topic_example talker        # (C++版本)

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。

6.2 启动订阅器

$ source ~/catkin_ws/devel/setup.bash     # 激活catkin_ws工作空间（必须有，必不可少） 
$ rosrun topic_example listener           # (C++)

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。

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