ROS中QThread的使用（同时进行topic的订阅）

            最近在进行利用socket将一个topic上的位姿消息发送给UR5机器人的实验。由于socket时刻都处于接听的状态，类似一个死循环，另外由于只要接听的topic上一有消息来，就会调用callback函数，所以消息不断来时，这里也相当于一个死循环。因此就老运行不了。因此想到了使用一个多线程来进行这两部分的工作。

           由于在qtcreator里面进行编译，所以使用QThread类来进行。下面就来说明一下。

           我的node接听了一个其他node来的topic，在callback函数中，我将接听来的值给六个变量赋值。socket再读取这六个变量，将它进行一定处理后发送给UR5的控制器，使UR5进行运动。

           下面时socket.h头文件：

#ifndef SOCKET_H
#define SOCKET_H
#include "ros/ros.h"
#include <qt4/QtGui/QApplication>
#include <qt4/QtCore/QCoreApplication>
#include <qt4/QtCore/QObject>
#include <qt4/QtCore/QThread>
//about socket
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/wait.h>
#include <csignal>
#include <qt4/QtCore/QMutex>



class   QtROS:public QThread
{
    //Q_OBJECT
public:
    QtROS(int argc, char *argv[], const char* node_name);
    virtual ~QtROS();
    //ros::NodeHandle getNodeHandle(){return *n;}
    int ursocket();
    void run();
private:
    //ros::NodeHandle* n;
};

#endif // SOCKET_H

           在头文件中，我们声明一个类QtROS，让他继承QThread。里面包括：构造函数，析构函数，实例化一个句柄，一个socket的函数，一个run()。这个run函数极其重要，多线程中， QThread 有一个槽函数start()，当触发它时，就会自动跳到run函数中进行执行。这里的Q_OBJECT要注释掉，否则用catkin _make编译时，会提示

/home/congleetea/catkin_ws/src/socket_to_ur5/src/socket.cpp:-1: error: undefined reference to `vtable for QtROS'

:-1: error: collect2: ld returned 1 exit status

的错误。具体原因设计到qt的编译原理，这里就不详述了。当然有它也可在CMakeLists.txt中进行一些QT的宏设置来进行编译。

      

          下面是socket.cpp文件：

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include "moveit_msgs/RobotTrajectory.h"
#include "socket.h"

#include <qt4/QtCore/QThread>
#define PORT  30002
#define HOSTIP "192.168.0.100"
#define MAXDATESIZE 100
#define BACKLOG 5               //客户端的最大数量

using namespace std;
struct sockaddr_in  Client;
//int                 ursocket();

int     ListenSocket;           //创建的socket返回的
int      ConnectSocket;
int      bindit;
int      listento;
struct sockaddr_in server;     //my address information
struct sockaddr_in Client_addr;     //address information of connected machine
int sin_size = sizeof(sockaddr_in);


extern   float Jvalue0;
extern   float Jvalue1;
extern   float Jvalue2;
extern   float Jvalue3;
extern   float Jvalue4;
extern   float Jvalue5;

extern QMutex optimizer_mutex_;
QtROS::QtROS(int argc, char *argv[], const char* node_name)
{
    std::cout << "Initializing Node...\n";
    ros::init(argc, argv, node_name);
//    n = new ros::NodeHandle(node_name); //Use node name as Ros Namespace
    ROS_INFO("Connected to roscore");
}

QtROS::~QtROS()
{
}


int QtROS::ursocket()
{

    cout<<"welcome to socket!"<<endl;
    memset(&server,0,sin_size);//初始化
//create socket
    ListenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(ListenSocket == -1)                //if call socket fail
    {
        cout<<"Error  socket"<<strerror(errno)<<endl;
        exit(1);
    }
    cout<<"socket is ok"<<endl;
//bind socket
    server.sin_family = AF_INET;           // host byte order , AF_INET = IPv4 Internet Protocols for Linux
    server.sin_port = htons(PORT);         // sin_port is in short-network byte order,htons()=converts PORTNUMBER to network byte order
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(HOSTIP);   // use my address automatically, use "INADDR_ANY"(0 so no need htons) or "inet_addr("192.120.13.1")
    memset(&(server.sin_zero), '\0', sin_size);
    //assign the address specified to the socket
    bindit = bind(ListenSocket, (struct sockaddr *)&server, sin_size);
    if (bindit == -1)
    {//error check for bind()
        cout <<"error bindit, because"<< strerror(errno)<<endl;
        exit(1);
    }
    else
        cout<<"bind is ok"<<endl;
//listen socket
    listento = listen(ListenSocket, BACKLOG);     //等待指定的端口出现客户端连接
    if (listento == -1)
    {//error check for listen()
        cout <<"error listento, bacause "<< strerror(errno)<<endl;
        exit(1);
    }
    cout<<"listen is ok!"<<endl;

    return 0;
}

void QtROS::run()
{
    int i=1;
    ursocket();
    while(ros::ok())
    {
//accept a connection on listened socket
        ConnectSocket = accept(ListenSocket, (struct sockaddr *)&Client_addr, (socklen_t*)&sin_size);//用于接受客户端的请求
        if (ConnectSocket == -1)
        {//error check for accept()
            cout << "accept() has failed! because " << strerror(errno) << endl;
            close(ConnectSocket);
        }
        cout << "Server_addr: got connection from " << inet_ntoa(Client_addr.sin_addr) << endl;
        char pose[100]={0};
        char movesign[100]={0};         //最好初始化=｛｝，否则会出现末尾乱码的现象。
        char back[100]={0};
        cout<<"time "<<i<<endl;
        optimizer_mutex_.lock();//试图锁住互斥量，如果另一个线程已经锁住了这个互斥量，那么这次调用将阻塞知道那个线程把它解锁

        cout<<"it is locked by socket"<<endl;
        sprintf(pose,"(%.5f,%.5f,%.5f,%.5f,%.5f,%.5f)", Jvalue0,Jvalue1,Jvalue2,Jvalue3,Jvalue4,Jvalue5);
        optimizer_mutex_.unlock();
        cout<<"pose is :"<<pose<<endl;

        recv(ConnectSocket,movesign,100,0);
        cout<<"movesign is:"<<movesign<<endl;
        if(movesign[0]=='a')
        {
            if(send(ConnectSocket,pose,100,0) == -1)
            {
                printf("write fail!\r\n");
            }
            printf("send ok!\r\n");
            recv(ConnectSocket,back,100,0);
            cout<<"back is :"<<back<<endl;
        }
        else
            break;

        close(ConnectSocket);
        i++;
    }
    close(ListenSocket);
    ros::spin();
}

这里就是对头文件中的函数进行定义，int QtROS::ursocket()中进行socket的创建、绑定、接听。QtROS::QtROS(int argc, char *argv[], const char* node_name)中进行一些ROS的初始化，这里主要 是说明生成的node。重要的是run函数中，一直在accept，接受请求、发送数据。

           下面是main.cpp:

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

#include <qt4/QtCore/QObject>
#include <qt4/QtCore/QThread>
#include "socket.h"             //用双引号，否则用<>可能找不到
using namespace std;
//class QtROS;
float  Jvalue0 ;
float  Jvalue1 ;
float  Jvalue2 ;
float  Jvalue3 ;
float  Jvalue4 ;
float  Jvalue5 ;

QMutex optimizer_mutex_;

void chatterCallback(const moveit_msgs::RobotTrajectory msg )//std_msgs::String::ConstPtr& msg
{
    if(optimizer_mutex_.tryLock())//tryLock试图锁住互斥量，没有锁住返回false。这里就是：如果被锁住。。。
    {
        for(int i = 0; i < msg.joint_trajectory.points.size(); i++)
        {
           trajectory_msgs::JointTrajectoryPoint tra = msg.joint_trajectory.points[i];
           Jvalue0 = tra.positions[0];
           Jvalue1 = tra.positions[1];
           Jvalue2 = tra.positions[2];
           Jvalue3 = tra.positions[3];
           Jvalue4 = tra.positions[4];
           Jvalue5 = tra.positions[5];

           cout<<"Jvalue0~5: "<<Jvalue0<<"  "<<Jvalue1<<"  "<<Jvalue2<<"  "<<Jvalue3<<"  "<<Jvalue4<<"  "<<Jvalue5<<endl;
        }
        cout<<"it is finished"<<endl;

            optimizer_mutex_.unlock();//试图锁住互斥量，如果另一个线程已经锁住了这个互斥量，那么这次调用将阻塞知道那个线程把它解锁
            cout<<"it is unlocked"<<endl;
            return;

    }
    cout<<"it is locked by main"<<endl;
    cout<<"it is unlocked"<<endl;
    return ;
}


int main(int argc, char **argv)
{
  QtROS qtros(argc, argv, "socket_to_ur5_node");
  QCoreApplication a(argc, argv);

  ros::NodeHandle n;
  ros::Subscriber sub = n.subscribe("/robot_trajectory", 100, chatterCallback);


  qtros.start();

  ros::spin();
  a.exec();
}

           重要的是main函数中的处理。首先，实例化一个  QtROS对象qtros，并说明生成的node名字为socket_to_ur5_node。然后实例化一个QCoreApplication对象。实例化订阅器订阅topic ，并在callback函数中将接受的位姿进行赋值。

          这里会出现的问题是segment fault ,core dump的错误。原因就是callback函数对Jvalue0～Jvalue5进行访问写值时，run函数又在读取这些值进行发送，所以就出现了这个错误。因此，我们在两个地方的Jvalue0～Jvalue5处要进行互锁操作，这就涉及到QT中类QThread的使用。这个类的成员函数如下：

最重要的是lock ()，tryLock ()和unlock ()的使用。

              tryLock ()试图锁住互斥量（自己可以访问，其他线程不能访问），如果这里已经被其他线程锁住了，那么他就没有锁住，返回false。

              lock()锁住互斥量，如果被其他线程锁住（正被另一个线程访问），那就等待，直到被解锁。

           unlock()就是这个线程完成对中间这段程序的读写之后，进行解锁。

               所以我们在上面两个地方用这三个函数，确保同时只有一个线程对其进行访问和读写。