【ros2】ROS2 C++节点创建指南 - 教程

文章目录

• ROS2 C++节点创建指南
• • 一、核心概念：C++节点的定位与优势
  • 二、基于书中第2章的C++节点创建核心步骤
  • • 1. 前置准备：创建C++功能包
    • 2. 编写节点代码（基础框架）
    • 3. 配置功能包编译规则（CMakeLists.txt）
    • 4. 配置功能包清单（package.xml）
    • 5. 编译与运行节点
  • 三、书中第2章核心功能：节点的基础通信能力
  • • 1. 话题发布者（Publisher）
    • 2. 话题订阅者（Subscriber）
    • 3. 更新CMakeLists.txt编译多节点
    • 4. 运行发布者与订阅者
  • 四、书外拓展知识：C++节点高级特性与最佳实践
  • • 1. 节点命名与命名空间
    • 2. 日志系统高级用法
    • 3. 动态参数配置
    • 4. 节点生命周期管理
    • 5. 内存管理最佳实践
    • 6. 调试工具
  • 五、常见问题与解决方案
  • 六、总结

ROS2 C++节点创建指南

（基于《ROS2机器人开发：从入门到实践》第2章及拓展知识）

一、核心概念：C++节点的定位与优势

节点（Node）是ROS2系统中独立的功能执行单元，封装了特定业务逻辑（如传感器数据处理、运动控制、算法计算等）。C++作为ROS2开发的核心语言之一，其节点实现具有运行效率高、实时性强、内存管理灵活的优势，适合机器人控制、高性能数据处理等场景。

核心特征：

• 独立性：每个节点专注单一功能，通过ROS2通信机制（话题、服务等）与其他节点解耦交互。
• 标识性：通过唯一节点名区分，支持命名空间隔离，避免冲突。
• 可扩展性：支持动态参数配置、生命周期管理等高级特性，适配复杂机器人系统。

二、基于书中第2章的C++节点创建核心步骤

1. 前置准备：创建C++功能包

节点需依托功能包管理，首先创建支持C++的ROS2功能包：

# 创建ament_cmake类型功能包（C++专用），依赖rclcpp（ROS2 C++核心库）
ros2 pkg create cpp_node_demo --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp

• 关键说明：
  • --build-type ament_cmake：指定为C++功能包构建类型（Python功能包为ament_python）。
  • --dependencies rclcpp：声明依赖ROS2 C++核心库，提供节点、日志、通信等基础API。

2. 编写节点代码（基础框架）

在功能包的src目录下创建节点文件（如simple_node.cpp），核心结构遵循“继承Node类 + 实现业务逻辑 + 主函数初始化”的模式：

// src/simple_node.cpp
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"  // 包含ROS2 C++核心API
// 定义节点类，继承自rclcpp::Node
class SimpleNode : public rclcpp::Node {

public:
// 构造函数：初始化节点名称（必须唯一）
SimpleNode() : Node("simple_node") {

// 日志输出（ROS2标准日志接口）
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "C++简单节点已启动！");
}
};
// 主函数：初始化ROS2并运行节点
int main(int argc, char * argv[]) {

// 1. 初始化ROS2系统
rclcpp::init(argc, argv);
// 2. 创建节点实例（使用智能指针管理内存，避免泄漏）
auto node = std::make_shared<SimpleNode>();
  // 3. 运行节点（进入事件循环，等待回调触发）
  rclcpp::spin(node);
  // 4. 退出时清理资源
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
  }

3. 配置功能包编译规则（CMakeLists.txt）

C++节点需通过CMake配置编译流程，修改功能包下的CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(cpp_node_demo)
# 编译选项：开启警告，支持C++17标准（ROS2推荐）
if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic -std=c++17)
endif()
# 查找依赖包（必须与功能包创建时的依赖一致）
find_package(rclcpp REQUIRED)
# 1. 生成可执行文件：参数（目标名，源文件）
add_executable(simple_node src/simple_node.cpp)
# 2. 链接依赖库：将节点与rclcpp库关联
ament_target_dependencies(simple_node rclcpp)
# 3. 安装可执行文件：将编译产物安装到install目录（支持ros2 run调用）
install(TARGETS
  simple_node
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}  # 安装路径：lib/功能包名
)
# 功能包声明（必须放在文件末尾）
ament_package()

4. 配置功能包清单（package.xml）

声明功能包元信息和依赖，确保ROS2能识别节点，修改package.xml：

<?xml version="1.0"?>
  <?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
      <package format="3">
    <name>cpp_node_demo</name>
    <version>0.0.0</version>
    <description>ROS2 C++节点示例</description>
    <maintainer email="your@email.com">用户名</maintainer>
    <license>Apache-2.0</license>
      <!-- 编译依赖：构建时需要的库 -->
      <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>
      <build_depend>rclcpp</build_depend>
        <!-- 运行依赖：节点运行时需要的库 -->
        <exec_depend>rclcpp</exec_depend>
          <!-- 测试依赖（可选） -->
          <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
          <test_depend>ament_lint_common</test_depend>
            <export>
            <build_type>ament_cmake</build_type>
            </export>
          </package>

5. 编译与运行节点

# 1. 进入工作空间根目录
cd ~/ros2_ws
# 2. 编译指定功能包（提高编译效率）
colcon build --packages-select cpp_node_demo
# 3. 生效环境变量（让ROS2识别节点）
source install/setup.bash
# 4. 运行节点：格式→ros2 run 功能包名 可执行文件名（与CMakeLists.txt中目标名一致）
ros2 run cpp_node_demo simple_node

运行成功后，终端输出日志：[INFO] [simple_node]：C++简单节点已启动！

三、书中第2章核心功能：节点的基础通信能力

书中第2章重点介绍了C++节点的话题发布/订阅和定时器核心功能，以下是完整实现：

1. 话题发布者（Publisher）

节点通过发布者向指定话题周期性发送数据（如控制指令、传感器数据）：

// src/talker_node.cpp
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"  // 标准字符串消息类型
#include <chrono>