ROS包全攻略：消息vs服务；可执行vs插件

ROS包通过catkin_create_pkg创建，是实现系统的基本单元。根据对信息的传递和处理方式，ROS包可以分为消息模式和服务模式；根据编译后的调用方法，又可分为可执行包和插件包。ROS包的实现大多在上述的分类范围内。

1、ROS包消息/服务模式与要点

从功能上看，ROS包是信息交互和处理的基本单元。根据信息的交互和处理方式，ROS包有以下两大类：

1. 消息发布者与订阅者
2. 服务器与客户端

对于消息模式的包，信息的提供者主动，信息的使用者被动：信息使用者接收到消息后执行回调函数处理信息，即处理信息的回调函数由信息发布者触发；

对于服务模式的包，信息的提供者被动，信息的使用者主动：信息使用者需要时向信息提供者查询，提供者收到查询参数后，调用回调函数计算结果然后给予应答，即处理信息的回调函数由服务的查询者（信息使用者）触发；

要点如下：

1.1 消息发布与订阅

消息的定义方法：

1. 消息定义于包目录的msg/xxx.msg中
2. 定义消息的包可以与发布者/订阅者的包不一样
3. 在消息定义包的package.xml中加上build_depend和run_depend约束项
4. 在消息定义包的CMakeLists.txt中设置好find_package(), catkin_package(), add_message_files(), generate_messages()

消息的发布

1. 完成节点初始化 ros::init()
2. 创建节点句柄 ros::NodeHandle
3. 调用NodeHandle的advertise方法创建消息发布者
4. 调用消息发布者的publish方法发布消息

消息的订阅

1. 创建订阅到消息后需要执行的回调函数
2. 完成节点初始化 ros::init()
3. 创建节点句柄 ros::NodeHandle
4. 调用NodeHandle的subscribe方法创建消息订阅者并绑定回调函数
5. ros::spin()

消息发布和订阅的命令行工具

通过命令行发布和订阅消息，不用通过ROS节点，测试的时候非常方便：

1.

rosmsg show [message type]

显示消息的数据格式

2.

rostopic echo /topic_name

显示特定topic接收到的消息

3.

rostopic pub <topic-name> <topic-type> [data...]

向特定的topic发送消息

1.2 服务器与客户端

服务的定义方法：

1. 服务定义于包目录的srv/xxx.srv中
2. 定义服务的包可以与服务器/客户端的包不一样
3. 在消息定义包的CMakeLists.txt中设置好find_package(), add_service_files(), generate_messages()

服务器

1. 创建处理服务数据的回调函数
2. 完成节点初始化 ros::init()
3. 创建节点句柄 ros::NodeHandle
4. 调用节点句柄的advertiseService函数启动服务
5. ros::spin()

客户端

1. 完成节点初始化 ros::init()
2. 创建节点句柄 ros::NodeHandle
3. 调用节点句柄的serviceClient函数创建客户端对象client，通过服务名称绑定服务
4. 申明服务类型的对象（srv），并将srv.request部分赋初值
5. 调用client的call(srv)函数调用服务
6. 服务执行成功后，通过srv.response取得服务器的应答结果

命令行工具

1. rosservice　call <service-name> [service-args]

   调用特定服务

1.3 需要注意的细节

1. 消息/服务模式的节点实现时要include消息/服务对应的头文件
2. 上述头文件需要先编译消息定义包来生成，因此需要在消息/服务使用者对应的CMakeLists.txt中加上add_dependencies()约束，否则会出现找不到头文件的现象
3. 信息交互中的被动方，即消息模式的消息订阅者或服务模式的服务器在都要调用ros::spin()，该函数确保回调能够发生。

2、可执行包/插件包及要点

刚刚从信息交互和处理角度介绍了ROS包的两种模式，不管是哪种模式的ROS包，根据编译后调用的方式，都可以分为以下两种情况：

1. 可执行包
2. 插件包

可执行包可以通过rosrun直接调用；

插件包类似于动态链接库，提供特定的功能。配合软件总线的方式动态加载与卸载，可以实现功能的可重构；

这两种包在实现上的区别主要体现在编译指导语句方面。

2.1 可执行包

在对应包的CMakeLists.txt中添加

add_executable(<exec_name> src/xxx.cpp)
target_link_libraries(<exec_name> ${catkin_LIBRARIES})
add_dependencies(<exec_name> <msg/srv_pkg_name>_gencpp)
           

其中，

<exec_name>

为可执行文件的名字，xxx.cpp是源代码名字，msg/srv_pkg_name为所用到的消息/服务的对应包的名字。

编译后，可执行包可以通过rosrun直接执行。

2.2 插件包

插件的定义方法

1. 定义一个基类，所有的插件将继承这一基类。在该基类中以公有成员函数（虚函数）的形式定义插件所具备的共同的接口。基类放到一个.h文件中，该文件可以与具体插件的实现不在一个ROS包中
2. 定义具体的插件类，继承上述基类，放到.h文件中
3. 在.cpp文件中实现插件类的具体功能，并在该.cpp文件中额外加上两行：

   #include <pluginlib/class_list_macros.h>
   
   PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(<plugin_namespace::plugin_class>, <baseClass_namespace::base_class>))
              

4. 在插件包对应的CMakeLists.txt中加入：
   • find_package()中加入pluginlib

   • add_library(<plugins_lib_name> src/xxx.cpp)

5. 在插件包目录中增加一个名为_plugin.xml文件，文件内容如下：

   <library path="lib/lib<plugins_lib_name>">
        <class name="<pkg_name>/<plugin_name>" type="<plugin_namespace::plugin_class>" base_class_type="<baseClass_namespace::base_class>">
          <description>
           This is a xxx plugin.
          </description>
        </class>
   </library>
              

6. 在插件包的package.xml文件中增加

   <build_depend>pluginlib</build_depend>
   <run_depend>pluginlib</run_depend>
   
   <export>
       <<base_class_pkg_name> plugin="${prefix}/<plugins_lib_name>_plugin.xml"/>
   </export>
              

插件的加载与调用

1. 在使用插件的代码前include两个头文件
   • pluginlib/class_loader.h
   • 定义了插件的base_class的头文件
2. 定义一个插件的加载器：

   pluginlib::ClassLoader<<base_class_namespace::base_class>> <loader_name>("<base_class_pkg_name>", "<base_class_namespace::base_class>") 
              

3. 使用ClassLoader的

   createInstance("<plugin_namespace::plugin_class>")

   函数加载具体插件，该函数返回一个插件指针，通常将其赋值给一个智能指针boost::shared_ptr，以便后续调用插件功能。
4. 上述第3步往往放在try中执行，并通过catch (const pluginlib::PluginlibException& ex)捕获异常，并打印ex.what()以显示发生的异常（如果有异常的话）
5. 假设第3步中的createInstance返回的指针为ptr，通过

   ptr-><function>

   可以调用插件中的函数