cmake到ROS的catkin_make的CMakeLists.txt文件有什么区别和联系 - 教程

这是一个非常核心且重要的问题，尤其对于从通用 C++ 开发转向 ROS (Robot Operating System) 开发的工程师来说。

简单来说，它们的关系是：继承与扩展。

一个用于 catkin_make 的 CMakeLists.txt 文件 本质上就是一个标准的 CMakeLists.txt 文件，但它额外使用了一套由 Catkin 提供的、为 ROS 定制的宏和变量。Catkin 并没有取代 CMake，而是基于 CMake 构建了一套工作流和规范，专门用于管理 ROS 软件包（Package）之间的复杂依赖关系。

下面我们来详细对比它们的联系和区别。

联系：共同的基础

所有在标准 CMakeLists.txt 中能用的命令，在 Catkin 的 CMakeLists.txt 中也完全适用。这包括：

  1. 核心逻辑：if(), else(), foreach(), list() 等控制流命令完全一样。
  2. 设置变量：set(VARIABLE "value") 的用法完全一样。
  3. 添加目标：
    • add_executable(my_node src/my_node.cpp) (创建可执行文件)
    • add_library(my_lib src/my_lib.cpp) (创建库)
  4. 链接库：
    • target_link_libraries(my_node my_lib) (链接目标)
  5. 包含头文件：
    • target_include_directories(my_node PUBLIC include)

核心思想：catkin_make 只是一个封装工具，它最终还是会调用 cmake 和 make。所以，你所知道的 CMake 知识是构建 Catkin 项目的基石。

区别：Catkin 引入的 ROS 特有扩展

Catkin 的主要目的是为了解决 ROS 的核心需求：管理大量独立开发、又相互依赖的软件包。为此，它引入了一系列特殊的命令和变量。

1. 项目声明与包信息 (catkin_package)

这是最核心、最重要的区别。

  • 标准 CMake:

    project(my_awesome_project)

    project() 声明了项目名称，并设置了一些项目级别的变量。

  • Catkin (ROS):

    project(my_ros_package)
...
# 这是 Catkin 的核心命令！
catkin_package(
INCLUDE_DIRS include
LIBRARIES ${PROJECT_NAME}
CATKIN_DEPENDS roscpp std_msgs
DEPENDS system_lib
)

    catkin_package() 的作用远超 project()。它向 ROS 构建系统声明：

    • 这是一个 Catkin 软件包。
    • 它向其他软件包“导出”了什么信息。比如：
      • INCLUDE_DIRS: 当其他包依赖此包时，需要包含的头文件目录。
      • LIBRARIES: 当其他包依赖此包时，需要链接的库。
      • CATKIN_DEPENDS: 依赖的其他 Catkin 软件包（如 roscpp）。
      • DEPENDS: 依赖的系统库（如 Boost, Eigen）。

    一句话总结：project() 是对内的声明，而 catkin_package() 是对外的接口声明，它定义了这个包如何被其他 ROS 包所使用。

2. 查找依赖 (find_package)

  • 标准 CMake:

    find_package(Boost 1.65.1 REQUIRED)

    直接查找系统或指定路径下的库。

  • Catkin (ROS):

    find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
sensor_msgs
tf
)

    这里 find_package 的用法被 Catkin "重载"了。

    • 你总是先查找 catkin 这个“元包”（meta-package）。
    • COMPONENTS 关键字后面列出所有你需要的其他 ROS 软件包。
    • Catkin 会自动帮你找到这些组件，并创建好相关的变量，如 ${catkin_INCLUDE_DIRS} 和 ${catkin_LIBRARIES}，供你后续使用。
3. ROS 消息/服务/动作的自动生成

这是 ROS 独有的功能，标准 CMake 完全没有这个概念。

  • 标准 CMake: N/A

  • Catkin (ROS):

    # 1. 找到生成消息所需要的依赖
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS message_generation std_msgs)
# 2. 列出你的 .msg 和 .srv 文件
add_message_files(FILES MyMessage.msg)
add_service_files(FILES MyService.srv)
# 3. 核心命令：调用它来生成 C++, Python 等语言的头文件和代码
generate_messages(DEPENDENCIES std_msgs)

    这套流程会自动处理 .msg 文件，在构建目录中生成对应的 MyMessage.h 头文件，并确保依赖它的目标在头文件生成之后才开始编译。

4. 安装 (install)

  • 标准 CMake:

    install(TARGETS my_app DESTINATION bin)
install(FILES my_header.h DESTINATION include)

    路径是用户通过 CMAKE_INSTALL_PREFIX 自定义的。

  • Catkin (ROS):

    # 使用 Catkin 提供的变量来确保安装到 ROS 标准目录结构中
install(TARGETS my_node
RUNTIME DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
)
install(DIRECTORY launch/
DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_SHARE_DESTINATION}/launch
)

    Catkin 提供了一系列 CATKIN_PACKAGE_*_DESTINATION 变量，确保你的可执行文件、库、launch 文件、配置文件等能被安装到 ROS 环境下的标准位置（如 /opt/ros/noetic/lib/<package_name>），这样 rosrun 和 roslaunch 才能找到它们。

示例：并排对比

假设我们要创建一个简单的可执行文件。

标准 CMakeLists.txtCatkin (ROS) CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(my_standard_app)

设置 C++ 标准

set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

查找系统库 (例如 Boost)

find_package(Boost REQUIRED)
include_directories(${Boost_INCLUDE_DIRS})

创建可执行文件

add_executable(my_app src/main.cpp)

链接库

target_link_libraries(my_app
PRIVATE
${Boost_LIBRARIES}
)

安装

install(TARGETS my_app
DESTINATION bin)

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(my_ros_package)

查找 Catkin 依赖 (roscpp, std_msgs)

find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
std_msgs
)

Catkin 核心：声明包的导出信息

catkin_package(

INCLUDE_DIRS

LIBRARIES

CATKIN_DEPENDS roscpp std_msgs

DEPENDS

)

包含 Catkin 找到的头文件路径

include_directories(
${catkin_INCLUDE_DIRS}
)

创建 ROS 节点 (可执行文件)

add_executable(my_node src/my_node.cpp)

链接 Catkin 找到的库

target_link_libraries(my_node
${catkin_LIBRARIES}
)

安装规则 (通常在 ROS 中是可选的)

install(…)

总结

特性标准 CMakeCatkin (ROS) CMake
基础语法是基础完全继承和使用
项目声明project(name)project(name) + catkin_package() (核心)
查找依赖find_package(Lib)find_package(catkin COMPONENTS ...)
代码生成不处理特定领域文件generate_messages() 等用于 .msg/.srv/.action
构建工具cmake & makecatkin_make (封装了 cmake & make)
目标构建通用的软件构建能在 ROS 生态中互相发现和通信的软件包

把 Catkin 看作是 CMake 的一个**“行业特定框架”**，就像 Ruby on Rails 是 Ruby 的 Web 开发框架一样。你仍然在写 CMake 代码，但你需要遵循 Catkin 的规则并使用它提供的工具，才能让你的软件包无缝地融入整个 ROS 系统。

posted @ 2025-07-29 21:32  wzzkaifa  阅读(30)  评论(0)    收藏  举报