手把手做ROS2机器人系统开发（七）：扩展ROS2软件包接口

教程背景

上一讲讲解了如何创建自定义 msg 和 srv 文件对应的接口软件包。本章节延续该内容，进一步扩展 ROS2 软件包的接口：将自定义消息直接定义在节点软件包中，实现软件包功能的扩展。通过本讲，大家可以掌握"接口随包定义、随包编译"的工程化开发方式。

一、程序编写

1. 创建软件包

ros2 pkg create --build-type ament_cmake more_interfaces

2. 创建消息文件夹

在软件包内创建 msg 目录：

mkdir more_interfaces/msg

3. 软件包添加新消息

创建文件 src/more_interfaces/msg/AddressBook.msg，定义通讯录消息：

bool FEMALE=true
bool MALE=false

string first_name
string last_name
bool gender
uint8 age
string address

该消息包含姓名、性别、年龄、地址等字段，并定义了性别枚举常量。

4. 修改软件包设置

编辑 src/more_interfaces/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>more_interfaces</name>
  <version>0.0.0</version>
  <description>more interfaces</description>
  <maintainer email="motion_gui@126.com">gmotion</maintainer>
  <license>Apache License 2.0</license>

  <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

  <build_depend>rosidl_default_generators</build_depend>
  <exec_depend>rosidl_default_runtime</exec_depend>
  <member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

  <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
  <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

  <export>
    <build_type>ament_cmake</build_type>
  </export>
</package>

5. 修改编译选项

编辑 src/more_interfaces/CMakeLists.txt：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(more_interfaces)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)

# 添加ros节点包
find_package(rclcpp REQUIRED)

# 添加消息生成器软件包
find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)

# 添加自定义的消息文件
set(msg_files
  "msg/AddressBook.msg"
  )

# 添加消息接口
rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}
  ${msg_files}
  )

# 添加运行依赖
ament_export_dependencies(rosidl_default_runtime)

# 添加执行路径
add_executable(publish_address_book
  src/publish_address_book.cpp
  )

ament_target_dependencies(publish_address_book
  "rclcpp"
  )

# 针对接口内部连接
rosidl_target_interfaces(publish_address_book
${PROJECT_NAME} "rosidl_typesupport_cpp")

# 软件包生成安装包
install(TARGETS publish_address_book
DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()

ament_package()

6. 编写发布者程序

创建文件 src/more_interfaces/src/publish_address_book.cpp：

/**
 * @file publish_address_book.cpp
 * @author gmotion (motion_gui@126.com)
 * @brief 带接口的发布者程序
 * @version 0.1
 * @date 2022-06-11
 * @copyright gmotion Copyright (c) 2022
 */

#include <iostream>     //系统标准接口
#include <chrono>       //处理时间类
#include <functional>   //函数对象
#include <memory>       //内存管理
#include <string>       //字符串

#include <rclcpp/rclcpp.hpp>
#include <more_interfaces/msg/address_book.hpp>

using namespace std::chrono_literals;

class AddressBookPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
    //构造函数
    AddressBookPublisher() : Node("address_book_publisher")
    {
        //初始化发布者
        publisher_ = this->create_publisher<more_interfaces::msg::AddressBook>("address_book",10);
        //创建回调函数
        auto publish_msg=[this]()->void{
            auto messgae=more_interfaces::msg::AddressBook();
            messgae.first_name="gui";
            messgae.last_name="zhiwei";
            messgae.age=32;
            messgae.gender = messgae.MALE;
            messgae.address="unknow";

            std::cout << "Publishing Contact\n Name : " << messgae.first_name << messgae.last_name
                <<std::endl;

            this->publisher_->publish(messgae);
        };
        //初始化时钟
        timer_ = this->create_wall_timer(1s,publish_msg);
    }
    //析构函数
    ~AddressBookPublisher()
    {

    }
private:
    //发布者
    rclcpp::Publisher<more_interfaces::msg::AddressBook>::SharedPtr publisher_;
    //时间节点控制
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
};

int main(int argc,char * argv[])
{
    rclcpp::init(argc,argv);
    rclcpp::spin(std::make_shared<AddressBookPublisher>());
    rclcpp::shutdown();
}

7. 编程细节：头文件找不到的解决办法

#include <more_interfaces/msg/address_book.hpp>

该头文件为编译期由接口定义自动生成，若提示找不到，说明程序尚未编译。可提前执行预编译：

colcon build --packages-up-to more_interfaces

编译完成后，生成的头文件即被系统索引，编辑器即可正常识别。

8. 补充：多消息/多服务文件的编译选项规则

当软件包中包含多个消息文件和服务文件时，CMakeLists.txt 按如下方式配置：

set(msg_files  "msg/Message1.msg"  "msg/Message2.msg"  # etc  )
set(srv_files  "srv/Service1.srv"  "srv/Service2.srv"   # etc  )

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME}  ${msg_files}  ${srv_files})

二、程序测试

1. 编译软件包

colcon build --packages-up-to more_interfaces

2. 测试运行

. install/setup.bash
ros2 run more_interfaces publish_address_book

3. 话题订阅测试

. install/setup.bash
ros2 topic list
ros2 run more_interfaces publish_address_book

自定义话题准确发出，可在 ros2 topic list 中看到 address_book 话题，通过 ros2 topic echo /address_book 即可订阅验证消息内容。

小结

本章节完成了软件包接口的扩展：在节点软件包内直接定义自定义消息，并通过编译选项生成接口，实现了"消息 + 节点"一体化打包。至此，本系列已完成 ROS2 开发环境搭建、核心命令、编程环境、话题/服务通信、自定义接口的完整学习闭环，为后续工业机器人动态抓取等实战项目打下坚实基础。

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