【ros2】ROS2 C++节点创建指南
文章目录
- ROS2 C++节点创建指南
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- 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
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- 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
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- 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
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- 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(TARGETSsimple_nodeDESTINATION 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>