ROS學習筆記(11)

編寫簡單的消息發佈器和訂閱器（C ++ catkin）

編寫發佈器節點

"節點(Node)" 是ROS中指代連接到ROS網絡的可執行文件的術語。
接下來，我們將會創建一個發佈器節點("talker")，它將不斷的在ROS網絡中廣播消息。
轉移到之前教程在catkin工作空間所創建的beginner_tutorials package路徑下:

cd ~/catkin_ws/src/beginner_tutorials

源代碼

在beginner_tutorials package路徑下創建src目錄:

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

這個目錄將會存儲beginner_tutorials package的所有源代碼.
在beginner_tutorials package裏創建src/talker.cpp文件，並粘貼如下代碼：

#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;
}

代碼解釋

現在，我們來分段解釋代碼.

#include "ros/ros.h"
ros/ros.h是一個實用的頭文件，它引用了ROS系統中大部分常用的頭文件，使用它會使得編程很簡便。

#include "std_msgs/String.h"

這引用了std_msgs/String 消息, 它存放在std_msgs package裏，是由String.msg文件自動生成的頭文件。
需要更詳細的消息定義,參考msg頁面.

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

初始化ROS。它允許ROS通過命令行進行名稱重映射——目前，這不是重點。
同樣，我們也在這裏指定我們節點的名稱——必須唯一。
這裏的名稱必須是一個base name，不能包含/。

ros::NodeHandle n;

爲這個進程的節點創建一個句柄。
第一個創建的NodeHandle會爲節點進行初始化，最後一個銷燬的會清理節點使用的所有資源。

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

告訴master我們將要在chatter topic上發佈一個std_msgs/String的消息。
這樣master就會告訴所有訂閱了chatter topic的節點，將要有數據發佈。
第二個參數是發佈序列的大小。
在這樣的情況下，如果我們發佈的消息太快，緩衝區中的消息在大於1000個的時候就會開始丟棄先前發佈的消息。

NodeHandle::advertise()

返回一個 ros::Publisher對象,它有兩個作用:
- 1. 它有一個publish()成員函數可以讓你在topic上發佈消息；
- 1. 如果消息類型不對,它會拒絕發佈。

ros::Rate loop_rate(10);

ros::Rate對象可以允許你指定自循環的頻率。
它會追蹤記錄自上一次調用Rate::sleep()後時間的流逝，並休眠直到一個頻率週期的時間。
在這個例子中，我們讓它以10hz的頻率運行。

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

roscpp會默認安裝一個SIGINT句柄，它負責處理Ctrl-C鍵盤操作——使得ros::ok()返回FALSE。
ros::ok()返回false，如果下列條件之一發生：
- SIGINT接收到(Ctrl-C)
- 被另一同名節點踢出ROS網絡
- ros::shutdown()被程序的另一部分調用
- 所有的ros::NodeHandles都已經被銷燬

一旦ros::ok()返回false, 所有的ROS調用都會失效。

std_msgs::String msg;

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

我們使用一個由msg file文件產生的‘消息自適應’類在ROS網絡中廣播消息。
現在我們使用標準的String消息，它只有一個數據成員"data"。
當然你也可以發佈更復雜的消息類型。

chatter_pub.publish(msg);

現在我們已經向所有連接到chatter topic的節點發送了消息。

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

ROS_INFO和類似的函數用來替代printf/cout.
參考rosconsole documentation以獲得更詳細的信息。

ros::spinOnce();

在這個例子中並不是一定要調用ros::spinOnce()，因爲我們不接受回調。
然而，如果你想拓展這個程序，卻又沒有在這調用ros::spinOnce()，你的回調函數就永遠也不會被調用。
所以，在這裏最好還是加上這一語句。

loop_rate.sleep();

這條語句是調用ros::Rate對象來休眠一段時間以使得發佈頻率爲10hz。
對上邊的內容進行一下總結：
- 初始化ROS系統
- 在ROS網絡內廣播我們將要在chatter topic上發佈std_msgs/String消息
- 以每秒10次的頻率在chatter上發佈消息
- 接下來我們要編寫一個節點來接收消息。

編寫訂閱器節點

源代碼

在beginner_tutorials package目錄下創建src/listener.cpp文件，並粘貼如下代碼：

#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;
}

代碼解釋

下面我們將逐條解釋代碼，當然，之前解釋過的代碼就不再贅述了。

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

這是一個回調函數，當消息到達chatter topic的時候就會被調用。
消息是以 boost shared_ptr指針的形式傳輸，這就意味着你可以存儲它而又不需要複製數據

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

告訴master我們要訂閱chatter topic上的消息。
當有消息到達topic時，ROS就會調用chatterCallback()函數。
第二個參數是隊列大小，以防我們處理消息的速度不夠快，在緩存了1000個消息後，再有新的消息到來就將開始丟棄先前接收的消息。
NodeHandle::subscribe()返回ros::Subscriber對象,你必須讓它處於活動狀態直到你不再想訂閱該消息。
當這個對象銷燬時，它將自動退訂上的消息。
有各種不同的NodeHandle::subscribe()函數，允許你指定類的成員函數，甚至是Boost.Function對象可以調用的任何數據類型。roscpp overview 提供了更爲詳盡的信息。

ros::spin();

ros::spin()進入自循環，可以儘可能快的調用消息回調函數。
如果沒有消息到達，它不會佔用很多CPU，所以不用擔心。一旦ros::ok()返回FALSE，ros::spin()就會立刻跳出自循環。
這有可能是ros::shutdown()被調用，或者是用戶按下了Ctrl-C，使得master告訴節點要shutdown。
也有可能是節點被人爲的關閉。
還有其他的方法進行回調，但在這裏我們不涉及。
想要了解，可以參考roscpp_tutorials package裏的一些demo應用。
需要更爲詳盡的信息，參考roscpp overview。
下邊，我們來總結一下:
- 初始化ROS系統
- 訂閱chatter topic
- 進入自循環，等待消息的到達
- 當消息到達，調用chatterCallback()函數

編譯節點

之前教程中使用catkin_create_pkg創建了package.xml 和 CMakeLists.txt 文件。
生成的CMakeLists.txt看起來應該是這樣(在Creating Msgs and Srvs教程中的修改和未被使用的註釋和例子都被移除了):

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(beginner_tutorials)

## Find catkin and any catkin packages
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)

## Declare ROS messages and services
add_message_files(DIRECTORY msg FILES Num.msg)
add_service_files(DIRECTORY srv FILES AddTwoInts.srv)

## Generate added messages and services
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

## Declare a catkin package
catkin_package()

在CMakeLists.txt文件末尾加入幾條語句:

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})
結果，CMakeLists.txt文件看起來像這樣:

cmake_minimum_required(VERSION 2.8.3)
project(beginner_tutorials)

## Find catkin and any catkin packages
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS roscpp rospy std_msgs genmsg)

## Declare ROS messages and services
add_message_files(FILES Num.msg)
add_service_files(FILES AddTwoInts.srv)

## Generate added messages and services
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

## Declare a catkin package
catkin_package()

## Build talker and listener
include_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)

這會生成兩個可執行文件, talker 和 listener, 默認存儲到devel space目錄
具體是在~/catkin_ws/devel/lib/中.
現在要爲可執行文件添加對生成的消息文件的依賴：

add_dependencies(talker beginner_tutorials_generate_messages_cpp)

這樣就可以確保自定義消息的頭文件在被使用之前已經被生成。因爲catkin把所有的package並行的編譯，所以如果你要使用其他catkin工作空間中其他package的消息，你同樣也需要添加對他們各自生成的消息文件的依賴。
當然，如果在Groovy版本下，你可以使用下邊的這個變量來添加對所有必須的文件依賴:

add_dependencies(talker ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

你可以直接調用可執行文件，也可以使用rosrun來調用他們。他們不會被安裝到'/bin'路徑下，因爲那樣會改變系統的PATH環境變量。如果你確定要將可執行文件安裝到該路徑下，你需要設置安裝目標，請參考catkin/CMakeLists.txt
需要關於CMakeLists.txt更詳細的信息，請參考catkin/CMakeLists.txt
現在運行 catkin_make:

# In your catkin workspace
$ catkin_make

注意:如果你是添加了新的package，你需要通過--force-cmake選項告訴catkin進行強制編譯。
參考catkin/Tutorials/using_a_workspace#With_catkin_make.

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