ROS-----pluginlib使用总结

1 简介

pluginlib是一个C++库，可以实现为一个ROS包动态的加载和卸载插件。这里的插件通常是一些功能类，且以运行时可动态加载的库（如共享对象，动态链接库）的形式存在。借助pluginlib的帮助，用户不必关心自己的应用程序该如何链接包含自己想使用的的class的库（如定义class的头文件在哪里，如何定义的），因为pluginlib会在你调用时自动打开你需要的插件库（Note：需要提前将插件库注册到pluginlib）。使用插件来扩展或者修改应用程序的功能非常方便，不用改动源码重新编译应用程序，通过插件的动态加载即可完成功能的扩展和修改。

2 插件编写

    pluginlib利用了C++多态的特性，不同的插件只要使用统一的接口，便可以替换使用。这样用户通过调用在插件中实现的统一的接口函数，不需要更改程序，也不需要重新编译，更换插件即可实现功能修正。

    利用pluginlib编写插件的方法大致包括如下四步：

1. 创建插件基类，定义统一接口（如果为现有接口编写插件，则跳过该步）
2. 编写插件类，继承插件基类，实现统一接口
3. 导出插件，并编译为动态库
4. 将插件加入ROS系统，使其可识别和管理
   

2.1 创建插件基类

首先，创建工作空间，创建后如下所示

其次，开始编写插件基类，基类所在头文件polygon_base.h放在include/my_plugin_test下即可，

#ifndef POLYGON_BASE_H_
#define POLYGON_BASE_H_
namespace polygon_base
{
class Polygon{ 
public:
	Polygon() {};
	virtual ~Polygon() {};
	virtual void init(float side_len) = 0;
	virtual float area() = 0;
};

};
#endif

2.2 创建插件类

所插件类的头文件polygon_plugin.h在放在include/my_plugin_test目录下。

#ifndef POLYGON_PLUGIN_H_
#define POLYGON_PLUGIN_H_
#include <cmath>
#include <my_plugin_test/polygon_base.h>

namespace polygon_plugin{

	class Square: public polygon_base::Polygon{
		public:
			Square() {};
			virtual ~Square() {};
			virtual void init(float side_len)
			{
				this->side_len = side_len;
			}
			virtual float area()
			{
				return (side_len * side_len);
			}
		private:
			float side_len;
	};

	class Triangle: public polygon_base::Polygon{
		public:
			Triangle() {};
			virtual ~Triangle() {};
			virtual void init(float side_len)
			{
				this->side_len = side_len;
			}
			virtual float area()
			{
				return 0.5 * (side_len * ( sqrt( (side_len * side_len) - (0.5 * side_len)*(0.5 * side_len) ) ) );
			}

		private:
			float side_len;
	};
};
#endif

3 导出插件，并编译为动态链接库

3.1导出插件

   利用 pluginlib 库提供的宏操作注册插件，并且编译为动态链接库。

  在src目录下添加polygon_plugin.cpp，

#include <pluginlib/class_list_macros.h>
#include <my_plugin_test/polygon_base.h>
#include <my_plugin_test/polygon_plugin.h>

 //mark Square and Triangle as the exported class  
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(polygon_plugin::Triangle, polygon_base::Polygon)
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(polygon_plugin::Square, polygon_base::Polygon)

如果要实现class可动态加载，必须要将其标记为可导出的class。通过特定的宏PLUGINLIB_EXPORT_CLASS可以完成导出，该宏通常放置于cpp文件的底部。这个宏第一个参数是插件类全名（含namespace），第二个参数是插件基类全名（含namespace）。

3.2 编译为动态链接库

    要将插件编译为动态链接库，需要相应修改CMakeLists.txt文件，添加如下几行：

 include_directories(
       include
       ${catkin_INCLUDE_DIRS}
 )
     
 ## Declare a C++ library
 add_library(polygon_plugin
       src/${PROJECT_NAME}/polygon_plugin.cpp
 )

4 将插件加入ROS系统，使其可识别和管理

4.1 创建插件描述文件

   插件描述文件是一个XML格式的文件，用于存储插件的重要信息（如，插件库路径，插件名称，插件类类型，插件基类类型）。

  我们在my_plugin_test目录下，创建名为polygon_plugin.xml的文件，

<library path="lib/libpolygon_plugin">
         <class type="polygon_plugin::Triangle" base_class_type="polygon_base::Polygon">
             <description>This is a triangle plugin.</description>
         </class>
         <class type="polygon_plugin::Square" base_class_type="polygon_base::Polygon">
             <description>This is a square plugin.</description>
         </class>
</library>

这里标签library和其属性path一起定义了主package相对于插件库的路径，一个插件库可以包含多个不同的插件类（如这里是2个插件类）。

这里的标签class用以描述插件库中的插件类，属性type指定插件类的类型（必须全名），属性base_class_type指定插件基类的类型（必须全名），属性description描述插件类的功能。

注意：插件描述文件还有一个标签class_libraries这里没有使用，其可以实现在一个插件描述文件包含多个库，该标签无属性。

4.2 注册插件到ROS系统

    为确保pluginlib可以查到ROS系统所有插件，定义插件的package必须显式的指定哪个包导出了什么插件。

这通常在package.xml文件中定义，

<export>
         <my_plugin_test plugin="${prefix}/polygon_plugin.xml">
</export>

这里标签my_plugin_test是定义插件基类的package名称，属性plugin是前面定义的插件描述符文件。

注意：如果插件类与基类不在同一package，为了使插件的export生效，还必须添加对插件基类所在package的依赖。

 <build_depend>my_plugin_test</build_depend> <run_depend>my_plugin_test</run_depend>

5 check插件是否在ROS下可以查看

    在catkin_make执行成功之后，source  develop/setup.bash，然后运行如下命令如果能正确看到输出polygon_plugin.xml则ok。

   rospack plugins --attrib=plugin my_plugin_test

6 调用插件

6.1 在src目录下创建my_plugin_loader.cpp

#include <ros/ros.h>
#include <pluginlib/class_loader.h>
#include <my_plugin_test/polygon_base.h>


int main(int argc, char ** argv)
{
	ros::init(argc, argv, "my_plugin_loader");
	ros::NodeHandle nh;

    float side_len = 5.0;
   
	std::string param_name = "polygon_plugin";
	std::string plugin_class;
	

	if(!nh.getParam(param_name.c_str(), plugin_class))
	{
		ROS_ERROR("can't get param");
		return 0;
	}

	/** * Define plugin loader object(polygon_loader) for loading my plugin. * param1: the path of plugin package, param2:the base class of plugin class with full name */
	pluginlib::ClassLoader<polygon_base::Polygon> polygon_loader("my_plugin_test", "polygon_base::Polygon");
    
	try
	{
		/*Based on input param to create the corresponding plugin instance by ClassLoader*/
		boost::shared_ptr<polygon_base::Polygon> polygon_cal = polygon_loader.createInstance(plugin_class);

		polygon_cal->init(side_len);

		ROS_INFO("plugin class is %s, area is %f",plugin_class.c_str(), polygon_cal->area());
	}

    /*catch exception ClassLaoder object(polygon_loader) exception*/
	catch(pluginlib::PluginlibException& ex)
	{
		ROS_ERROR("The plugin failed to load for some reason. Error: %s", ex.what());
	}

	return 0;
}

6.2 修改CMakeLists.txt,添加

## Declare a C++ executable
add_executable(my_plugin_loader src/my_plugin_loader.cpp)

## Add cmake target dependencies of the executable
## same as for the library above
# add_dependencies(my_plugin_test_node ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})

## Specify libraries to link a library or executable target against
target_link_libraries(my_plugin_loader ${catkin_LIBRARIES} )

6.3 创建启动文件

在my_plugin_test目录下创建launch文件夹添加文件my_plugin_loader.launch

<launch>
	<!--plugin select-->
	<!--<param name="polygon_plugin" value="polygon_plugin::Square"/> -->
	<param name="polygon_plugin" value="polygon_plugin::Triangle"/>
	<node name="my_plugin_loader" pkg="my_plugin_test" type="my_plugin_loader" output="screen"/>
</launch>

最后目录工作空间目录结构如下所示：

6.4 测试

方式一：通过启动文件

roslaunch my_plugin_test my_plugin_loader.launch

输出：
... logging to /home/siriansu/.ros/log/f05ccba8-a4a7-11e6-9012-001fc69be782/roslaunch-siriansu-nuc-24328.log
Checking log directory for disk usage. This may take awhile.
Press Ctrl-C to interrupt
Done checking log file disk usage. Usage is <1GB.

started roslaunch server http://siriansu-nuc:40746/

SUMMARY
========

PARAMETERS
 * /polygon_plugin: polygon_plugin::T...
 * /rosdistro: kinetic
 * /rosversion: 1.12.5

NODES
  /
    my_plugin_loader (my_plugin_test/my_plugin_loader)

ROS_MASTER_URI=http://localhost:11311

core service [/rosout] found
process[my_plugin_loader-1]: started with pid [24346]
[ INFO] [1478842570.904729245]: plugin class is polygon_plugin::Triangle, area is 10.825317
[my_plugin_loader-1] process has finished cleanly
log file: /home/siriansu/.ros/log/f05ccba8-a4a7-11e6-9012-001fc69be782/my_plugin_loader-1*.log
all processes on machine have died, roslaunch will exit
shutting down processing monitor...
... shutting down processing monitor complete
done

方式二：命令行方式

rosparam set polygon_plugin polygon_plugin::Square

rosrun my_plugin_test my_plugin_loader

输出：

[ INFO] [1478842687.012935017]: plugin class ispolygon_plugin::Square, area is25.000000

rosparam set polygon_plugin polygon_plugin::Triangle

rosrun my_plugin_test my_plugin_loader

输出：

[ INFO] [1478844657.917205466]: plugin class ispolygon_plugin::Triangle, area is10.825317