ROS2系列 (10) : C++话题通信节点——发布者示例

在前两篇Python话题通信的基础上，本文将聚焦C++话题发布者的实现，通过“控制海龟模拟器画圆”的案例，详解C++节点中话题发布者、定时器的配置流程，并将其集成到现有工作空间，形成多语言协同的ROS2项目。

一、需求与技术拆解

功能需求：控制turtlesim海龟模拟器中的海龟，按指定半径画圆。

需解决的核心问题：

  • 如何创建C++功能包？—— 使用ros2 pkg create指定ament_cmake构建类型，依赖rclcpp、geometry_msgs和turtlesim。
  • 如何发布话题？—— 利用rclcpp的create_publisher创建发布者，结合定时器周期性发送Twist消息。
  • 如何实现画圆逻辑？—— 利用“线速度/角速度=半径”的物理关系，配置合适的线速度和角速度参数。
  • 如何避免隐式类型转换？—— 显式声明变量类型、使用时间字面量（如1000ms）。

二、创建C++功能包并集成到工作空间

在工作空间ros2_ws/src目录下创建C++功能包：

cd ~/ros2_ws/src
ros2 pkg create demo_cpp_topic --build-type ament_cmake \
--dependencies rclcpp geometry_msgs turtlesim \
--license Apache-2.0
  • --dependencies rclcpp geometry_msgs turtlesim：声明依赖（rclcpp是C++ ROS2客户端库，geometry_msgs提供Twist消息类型，turtlesim是海龟模拟器功能包）。

三、编写C++发布者节点代码

在demo_cpp_topic/src/目录下创建circle_pub.cpp：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"
#include <chrono>  // 引入时间相关头文件
  using namespace std::chrono_literals;  // 启用时间字面量（如1000ms）
  class TurtleCircle : public rclcpp::Node
  {
  private:
  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;  // 定时器智能指针（显式类型声明，避免隐式转换）
  rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr publisher_;  // 发布者智能指针（显式类型声明）
    public:
    explicit TurtleCircle(const std::string& node_name) : Node(node_name)
    {
    // 显式创建发布者：话题名/turtle1/cmd_vel，消息类型Twist，QoS队列大小10
    publisher_ = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>("/turtle1/cmd_vel", 10);
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "话题发布者已创建，将发布/turtle1/cmd_vel话题");
      // 显式创建定时器：周期1000ms，绑定timer_callback回调（使用时间字面量，避免隐式转换）
      timer_ = this->create_wall_timer(1000ms, std::bind(&TurtleCircle::timer_callback, this));
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "定时器已启动，周期1000ms");
      }
      private:
      void timer_callback()
      {
      // 显式实例化Twist消息
      auto msg = geometry_msgs::msg::Twist();
      // 线速度x方向为1.0，角速度z方向为0.5（线速度/角速度=2.0，即圆的半径为2.0）
      msg.linear.x = 1.0;
      msg.angular.z = 0.5;
      publisher_->publish(msg);  // 发布消息
      RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "已发布Twist消息：线速度x=%.1f，角速度z=%.1f（圆半径=%.1f）",
      msg.linear.x, msg.angular.z, msg.linear.x / msg.angular.z);
      }
      };
      int main(int argc, char *argv[])
      {
      rclcpp::init(argc, argv);  // 初始化rclcpp
      auto node = std::make_shared<TurtleCircle>("turtle_circle");  // 显式创建节点实例
        rclcpp::spin(node);       // 保持节点运行
        rclcpp::shutdown();       // 关闭rclcpp
        return 0;
        }

四、配置CMakeLists.txt

打开demo_cpp_topic/CMakeLists.txt，添加编译规则：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(demo_cpp_topic)
if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()
# 查找依赖包
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(geometry_msgs REQUIRED)
find_package(turtlesim REQUIRED)  # 新增turtlesim依赖查找
# 编译可执行文件
add_executable(circle_pub src/circle_pub.cpp)
# 链接依赖（显式声明，避免隐式依赖问题）
ament_target_dependencies(circle_pub rclcpp geometry_msgs)
# 安装可执行文件到指定目录
install(TARGETS
  circle_pub
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)
ament_package()

五、构建与运行流程

5.1 构建整个工作空间

回到工作空间根目录，执行构建：

cd ~/ros2_ws
colcon build

5.2 启动完整流程（三个终端）

终端1：启动海龟模拟器

cd ~/ros2_ws
source install/setup.bash
ros2 run turtlesim turtlesim_node

终端2：启动C++发布者节点

cd ~/ros2_ws
source install/setup.bash
ros2 run demo_cpp_topic circle_pub

终端3（可选）：查看话题数据

cd ~/ros2_ws
source install/setup.bash
ros2 topic echo /turtle1/cmd_vel

5.3 效果验证

  • 海龟模拟器中的海龟会以线速度1.0、角速度0.5的参数画圆（半径为1.0/0.5=2.0）；
  • 发布者终端会周期性输出“已发布Twist消息”的日志，显示当前圆半径；
  • 若打开话题回声终端，会看到持续输出的Twist消息数据。

六、代码关键细节解析

6.1 显式类型声明与隐式转换规避

  • 所有智能指针（如TimerBase::SharedPtr、Publisher::SharedPtr）均显式声明类型，避免编译器隐式类型推导导致的潜在问题。
  • 使用std::chrono_literals命名空间中的时间字面量（如1000ms），显式指定时间单位，替代std::chrono::milliseconds(1000)的写法，代码更简洁且无隐式转换风险。

6.2 画圆逻辑的数学原理

海龟画圆的核心是线速度与角速度的比值等于圆的半径（即 r = v / ω）。本案例中v=1.0、ω=0.5，因此圆的半径r=2.0。可通过调整这两个参数，控制圆的大小。

6.3 定时器与发布者的协同

  • create_wall_timer(period, callback)：创建周期性定时器，period通过时间字面量1000ms显式指定，callback绑定类成员函数timer_callback，实现消息的循环发布。
  • create_publisher<MsgType>(topic, qos)：创建话题发布者，显式指定消息类型geometry_msgs::msg::Twist，确保与海龟模拟器的/turtle1/cmd_vel话题通信的类型一致性。

七、总结

本文通过“控制海龟画圆”的案例，完整讲解了C++ ROS2话题发布者的实现流程，包括：

  • 功能包创建与依赖配置（含turtlesim依赖）；
  • 代码中显式类型声明、时间字面量的使用（规避隐式转换）；
  • 画圆逻辑的数学原理与参数配置；
  • 定时器与发布者的协同逻辑；
  • 多终端联动的效果验证。

掌握这些内容后，你可以基于C++高效实现各类话题发布场景（如运动控制指令下发、传感器数据广播等），并与Python节点形成多语言协同的ROS2项目，灵活控制机器人执行复杂运动任务。