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详细介绍colcon和ament的关系，以及它们在 ROS 2 构建系统中的角色和区别

news 2025/11/15 18:21:49

Colcon 与 Ament 的关系详解

在 ROS 2 的构建系统里，两个名字经常同时出现：ament 和 colcon。很多初学者会混淆它们的作用。实际上，它们处在不同的层级：ament 是构建工具链（build system），colcon 是构建任务管理器（build orchestration tool）。

本文将从发展历史、功能定位、关系逻辑、使用场景等方面详细阐述。

1. 背景与历史

ROS 1时代

使用的是 catkin 构建系统（基于 CMake + Python 工具）。
使用 catkin_make 或 catkin build（来自 catkin_tools）进行工作空间编译。
一次编译时可以处理多个包，但对跨语言、多种构建类型的支持有限。

ROS 2的过渡

需要更加灵活、可扩展的构建系统，支持：
- CMake、Python、非ROS软件包的混合
- 更强的依赖管理
- 更好的可扩展性和插件机制
因此诞生了 ament，对应的是 ROS 2 的核心构建架构。
随着项目规模扩大，开发了 colcon 来替代 ROS 2 早期的 ament_tools，实现更强的批量构建与任务调度能力。

2. 两者的功能定位

Ament

性质：一种构建系统（build system）和包管理框架，专为 ROS 2 定制。
核心作用：
- 定义 ROS 2 软件包的构建规则（CMake 宏、Python 构建支持等）。
- 提供 ament_cmake, ament_python 等插件来支持不同类型的包。
- 管理包的元数据（package.xml），并生成安装结构、测试规则等。
底层构建依赖：
- C++/C 项目 → 调用 CMake
- Python 项目 → 调用 setuptools
本质角色：构建单个软件包的工具链。

Colcon

性质：批量构建工具（multi-package build tool）。
核心作用：
- 读取工作区（workspace）的多个包，根据依赖拓扑决定构建顺序。
- 调用特定的构建系统（例如 ament、cmake、setuptools）来构建每个包。
- 提供并行构建、增量构建、日志管理、测试批量运行等功能。
- 可扩展插件以支持非ROS项目。
本质角色：任务调度器 + 构建流程管理器。

3. 关系逻辑

我们可以把两者的关系类比成 “高铁调度系统” 和 “造车厂”：

ament = 工厂：定义如何制造一辆车（即构建一个 ROS 2 包），包括用什么零件（CMake宏）、装配顺序、测试流程等。
colcon = 高铁调度中心：负责在一个大地图（workspace）上安排多辆车的生产和出厂顺序，调度并行任务，按依赖图排序。

具体关系：

colcon build 启动构建流程。
colcon 扫描工作区内所有包及其依赖关系。
对于每个包，colcon 会调用它对应的构建系统插件：
- ROS 2 C++包：ament_cmake
- ROS 2 Python包：ament_python
- 其他类型包：cmake, setup.py, 甚至是 make（如果插件支持）
ament 实际执行构建动作，生成二进制文件、安装目录、测试目标等。
colcon 收集日志、处理错误、控制并发和增量编译。

4. 使用场景示例

构建 ROS 2 工作区：

# 假设 src/ 下有多个 ROS 2 软件包
colcon build --symlink-install

colcon：
- 找到所有包，分析依赖。
- 调度不同构建任务（可能是 ament 或其他系统）。
ament：
- 按包类型执行 ament_cmake 或 ament_python 宏来构建每个包。

测试：

colcon test

colcon 批量运行测试
ament 提供测试集成（ament_lint, ament_cmake_gtest 等）

5. 总结对照表

方面	ament	colcon
角色	构建系统（单包构建工具链）	批量构建工具（多包任务调度）
主要职责	定义和执行单个 ROS 2 包的构建规则	在整个工作区中协调构建所有包
能否单独使用	可以（只构建一个包时）	不行，需要依赖实际构建系统（ament/cmake等）
可扩展性	支持不同类型的包构建插件	支持多种构建系统插件
与 ROS 关系	ROS 2 核心构建系统	ROS 2 官方推荐的批量构建工具