四、ROS话题通信机制

1.话题通信模型（Topic）

该模型中涉及到三个角色：

• ROS Master 管理者
• Talker发布方(Publisher发布者对象)
• Listener订阅方(Subscriber订阅者对象)

ROS Master 负责保管 Talker 和 Listener 注册的信息，并匹配话题相同的 Talker 与 Listener，帮助 Talker 与 Listener 建立连接，连接建立后，Talker 可以发布(Publish)消息，且发布的消息会被 Listener 订阅(Subscribe)。

整个流程由以下步骤实现:

1.Talker注册
Talker启动后，会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，其中包含所发布消息的话题名称。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

2.Listener注册
Listener启动后，也会通过RPC在 ROS Master 中注册自身信息，包含需要订阅消息的话题名。ROS Master 会将节点的注册信息加入到注册表中。

3.ROS Master实现信息匹配
ROS Master 会根据注册表中的信息匹配Talker 和 Listener，并通过 RPC 向 Listener 发送 Talker 的 RPC 地址信息。

4.Listener向Talker发送请求
Listener 根据接收到的 RPC 地址，通过 RPC 向 Talker 发送连接请求，传输订阅的话题名称、消息类型以及通信协议(TCP/UDP)。

5.Talker确认请求
Talker 接收到 Listener 的请求后，也是通过 RPC 向 Listener 确认连接信息，并发送自身的 TCP 地址信息。

6.Listener与Talker件里连接
Listener 根据步骤4 返回的消息使用 TCP 与 Talker 建立网络连接。

7.alker向Listener发送消息
连接建立后，Talker 开始向 Listener 发布消息。

注意1: Talker 与 Listener 的启动无先后顺序要求

注意2: Talker 与 Listener 都可以有多个

注意3: Talker 与 Listener 建立连接后，不再需要 ROS Master即便关闭ROS Master，Talker 与 Listern 可以照常通信。

2.话题通信基本操作

实现效果：Talker发布方以固定频率发送一段文本，Listener订阅方接收文本并输出。

2.1 Talker发布方实现

首先新建一个工作空间"pub_sub_workspace"
然后新建一个功能包"pub_sub_pkg"
然后新建一个发布方的实现代码"mypub.cpp"

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

/*
    发布方实现：
        1.包含头文件:ROS中的文本类型 ---> std_msgs/String.h
        2.初始化ROS节点；
        3.创建节点句柄；
        4.创建发布者对象；
        5.编写发布逻辑并发布数据。
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
    //初始化节点名为：seu666
    ros::init(argc,argv,"seu666");

    //创建句柄seuNB，用来管理资源
    ros::NodeHandle seuNB;

    //用Publisher类，实例化一个发布者对象yao，发布一个名为"BurgerKing"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Publisher yao = seuNB.advertise<std_msgs::String>("BurgerKing",10);

    //发布逻辑and发布数据
    //先创建被发布的消息：创建一个一个String类型的变量msg2333
    std_msgs::String msg2333;
    //编写循环，循环发布数据
    while(ros::ok())
    {
        msg2333.data = "good good good";   
        yao.publish(msg2333); //将消息发布出去
    }
    return 0;
}
 

节点名：seu666（注意节点名中间不能有空格，否则rosrun会报错）
话题名：BurgerKing（注意话题名中间不能有空格，否则rosrun会报错）
src/C++源文件的名称：mypub
为了方便，一般会令可执行文件的名称=src/C++源文件的名称，所以这里都叫mypub

配置CMakeLists.txt

add_executable(mypub     src/mypub.cpp)
target_link_libraries(mypub    ${catkin_LIBRARIES})

Ctrl + Shift +B编译一下，看看有没有问题

新建一个终端

roscore

再新建一个终端，设置环境变量，启动节点rosrun <功能包名> <可执行文件名>

source devel/setup.bash
rosrun pub_sub_pkg mypub

没有任何日志输出，这是因为代码里发布的消息没有发布到终端，而是一直在等待订阅者接收

可以再开一个终端，显示话题的调试信息

# rostopic echo <话题名>：可以将<话题名>的话题的消息打印到终端
rostopic echo BurgerKing

可以看到节点seu666中的发布者对象yao疯狂发消息"good good good"

改进：发布逻辑不对，发的太快了，应该以特定频率发送，并且在文本后加编号，再增加一个日志输出

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include  //C++中的用来进行数据类型转换的

/*
    发布方实现：
        1.包含头文件:ROS中的文本类型 ---> std_msgs/String.h
        2.初始化ROS节点；
        3.创建节点句柄；
        4.创建发布者对象；
        5.编写发布逻辑并发布消息。
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL, "");//设置编码：避免中文乱码

    //初始化节点名为：seu666
    ros::init(argc,argv,"seu666");

    //创建句柄seuNB，用来管理资源
    ros::NodeHandle seuNB;

    //用Publisher类，实例化一个发布者对象yao，发布一个名为"BurgerKing"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Publisher yao = seuNB.advertise<std_msgs::String>("BurgerKing",10);

    //先创建被发布的消息：创建一个一个String类型的变量msg2333
    std_msgs::String msg2333;

    //发布频率：10Hz
    ros::Rate rate(10);

    //设置消息编号
    int count = 0;

    //编写循环，循环发布数据
    while(ros::ok())
    {
        count++;
        //msg2333.data = "good good good";    
        //实现字符串拼接数字
        std::stringstream ss2333;
        ss2333 <<"good good good--->" << count; 
        msg2333.data = ss2333.str(); //将ss2333流里面数据转换成字符串，并放到msg2333里头

        yao.publish(msg2333); //将消息发布出去

        //添加日志：顺便将发布的数据打印到终端，c_str()函数是String类中的一个函数，它返回当前字符串的首字符地址
        ROS_INFO("发布的数据是：%s",ss2333.str().c_str());  //这里发布的日志中含义中文的，要避免乱码问题，可以在代码最前面加一句setlocale(LC_ALL, "");
        rate.sleep();
    }
    return 0;
}

保存、编译、运行、成功

2.2 Listener订阅方实现

然后新建一个订阅方的实现代码"mysub.cpp"

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

/*
    订阅方实现：
        1.包含头文件:ROS中的文本类型 ---> std_msgs/String.h
        2.初始化ROS节点；
        3.创建节点句柄；
        4.创建订阅者对象；
        5.处理订阅到的消息；
        
*/
void mesg2333_callback(const std_msgs::String::ConstPtr &msg_p)//订阅到的消息是std_msgs::string类型，这个函数的参数类型是它的常量指针的引用
{
    //通过msg获取订阅到的消息，并对它进行处理,即在终端中打印出来
    ROS_INFO("seu666PLUS订阅的消息是:%s",msg_p->data.c_str());
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_ALL, "");//设置编码：避免中文乱码

    //初始化节点名为：seu666PLUS
    ros::init(argc,argv,"seu666PLUS"); //一个工作空间中，节点名不能重复

    //创建句柄seuNBPLUS，用来管理资源
    ros::NodeHandle seuNBPLUS;

    //用Subscriber类，实例化一个订阅者对象，订阅一个名为"BurgerKing"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Subscriber yaoPLUS = seuNBPLUS.subscribe<std_msgs::String>("BurgerKing",10,mesg2333_callback); //订阅的话题名，队列长度，回调函数

    //循环读取接收的数据，并调用回调函数处理：mesg2333_callback()每订阅到一次消息都需要执行一次，为了让回调函数多次执行，需要再执行完一次之后需要回头
    ros::spin(); 

    return 0;
}

节点名：seu666PLUS
话题名：BurgerKing
可执行文件的名称=src/C++源文件的名称，这里都叫mysub

配置CMakeLists.txt，增加下面两句

add_executable(mysub     src/mysub.cpp)
target_link_libraries(mysub    ${catkin_LIBRARIES})

保存、编译、运行、成功
新建一个终端

roscore

再新建一个终端，启动发布方节点

source devel/setup.bash
rosrun pub_sub_pkg mypub

再新建一个终端，启动订阅方节点

source devel/setup.bash
rosrun pub_sub_pkg mysub