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01. 发布者/订阅者 — Topic 通信基础

概述​

本示例演示 ROS 2 最基本的通信模式：Topic 发布/订阅。通过 demo_xmake_pubsub 包，你将学习如何创建 Publisher 和 Subscriber 节点，并了解 xmake 构建 ROS 2 包的最小配置。

ROS 2 知识点：Node、Topic、Publisher、Subscriber、spin、回调函数

xmake 知识点：多 target 定义、add_ros_deps()、set_kind("binary")

ROS 2 知识​

Topic 通信模型​

Topic 是 ROS 2 中最常用的通信机制，采用发布/订阅模式：

┌──────────┐    /chatter    ┌──────────┐
│  Talker  │ ──────────────>│ Listener │
│(Publisher)│   std_msgs/   │(Subscriber)
└──────────┘    String      └──────────┘
  • Publisher（发布者）：向一个 Topic 发送消息，不关心是否有订阅者
  • Subscriber（订阅者）：从一个 Topic 接收消息，通过回调函数处理
  • Topic（话题）：消息的命名通道，如 /chatter
  • 消息类型：Topic 上传输的数据结构，如 std_msgs/msg/String

关键概念​

  • Node（节点）：ROS 2 的基本执行单元，每个节点通常负责一个功能
  • spin：事件循环，驱动回调函数执行
  • WallTimer：基于系统时钟的定时器，用于周期性发布消息

示例代码​

项目结构​

demo_xmake_pubsub/
├── xmake.lua          # 构建配置：两个 binary target
├── package.xml        # ROS 包声明
└── src/
    ├── talker.cpp     # 发布者节点
    └── listener.cpp   # 订阅者节点

xmake.lua 构建配置​

set_project("demo_xmake_pubsub")
set_version("0.1.0")
set_languages("cxx17")

add_rules("mode.debug", "mode.release")
add_rules("ament_xmake.package")

target("talker")
    set_kind("binary")
    set_installdir("lib/demo_xmake_pubsub")
    add_files("src/talker.cpp")
    add_ros_deps("rclcpp", "std_msgs")

target("listener")
    set_kind("binary")
    set_installdir("lib/demo_xmake_pubsub")
    add_files("src/listener.cpp")
    add_ros_deps("rclcpp", "std_msgs")

逐行解读：

语句说明
set_project("demo_xmake_pubsub")项目名，需与 package.xml 中的 <name> 一致
set_languages("cxx17")ROS 2 Jazzy 要求 C++17
add_rules("ament_xmake.package")启用 ament_xmake 规则，自动处理安装和导出
set_kind("binary")构建可执行文件
set_installdir("lib/demo_xmake_pubsub")ROS 2 约定：可执行文件安装到 lib/<pkg>/
add_ros_deps("rclcpp", "std_msgs")添加 ROS 包依赖，自动解析头文件路径、链接库和 rpath

与 CMakeLists.txt 对比：

# CMake 版本（约 15 行）
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
add_executable(talker src/talker.cpp)
ament_target_dependencies(talker rclcpp std_msgs)
add_executable(listener src/listener.cpp)
ament_target_dependencies(listener rclcpp std_msgs)
install(TARGETS talker listener DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})
ament_package()

xmake 版本更简洁，add_ros_deps() 一行替代了 find_package + ament_target_dependencies 的组合。

源码解读​

talker.cpp — 发布者节点：

class Talker : public rclcpp::Node
{
public:
  Talker() : Node("talker"), count_(0)
  {
    // 创建发布者：话题名 "chatter"，队列深度 10
    publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("chatter", 10);
    // 创建定时器：每 500ms 触发一次回调
    timer_ = this->create_wall_timer(
      std::chrono::milliseconds(500),
      std::bind(&Talker::on_timer, this));
  }

private:
  void on_timer()
  {
    auto msg = std_msgs::msg::String();
    msg.data = "Hello xmake #" + std::to_string(count_++);
    publisher_->publish(msg);  // 发布消息
  }
};

listener.cpp — 订阅者节点：

class Listener : public rclcpp::Node
{
public:
  Listener() : Node("listener")
  {
    // 创建订阅者：话题名 "chatter"，队列深度 10，绑定回调
    subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "chatter", 10,
      std::bind(&Listener::on_message, this, std::placeholders::_1));
  }

private:
  void on_message(const std_msgs::msg::String & msg)
  {
    RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Received: '%s'", msg.data.c_str());
  }
};

构建与运行​

# 构建
colcon build --packages-select demo_xmake_pubsub
source install/setup.bash

# 终端 1：启动发布者
ros2 run demo_xmake_pubsub talker

# 终端 2：启动订阅者
ros2 run demo_xmake_pubsub listener

验证​

# 查看活跃话题
ros2 topic list
# 输出应包含: /chatter

# 查看话题消息
ros2 topic echo /chatter
# 输出: data: "Hello xmake #0" ...

# 查看话题信息
ros2 topic info /chatter
# 输出: Type: std_msgs/msg/String, Publisher count: 1, Subscription count: 1

xmake 知识点小结​

特性说明
set_kind("binary")构建可执行文件（对应 CMake 的 add_executable）
add_ros_deps()一站式 ROS 依赖解析：头文件、链接库、rpath
多 target 定义一个 xmake.lua 中定义多个构建目标
set_installdir()指定安装路径（ROS 约定 lib/<pkg>/）

内容扩展​

以下资源可帮助你深入了解本章涉及的技术领域。

开源项目​

工具​

文档与教程​

参考​