rclcpp 话题发布者与执行器

ROS 2 的 C++ 话题发布节点通常把节点、发布者、定时器和状态封装在一个继承 rclcpp::Node 的类中，再由执行器调度回调。核心不是手写无限循环，而是注册通信对象和回调，让 spin() 持续处理就绪事件。

最小发布链路

#include <chrono>
#include <functional>
#include <memory>
#include <string>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "std_msgs/msg/string.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class MinimalPublisher : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalPublisher()
  : Node("minimal_publisher"), count_(0)
  {
    publisher_ = create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
    timer_ = create_wall_timer(
      500ms,
      std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this));
  }

private:
  void timer_callback()
  {
    std_msgs::msg::String message;
    message.data = "Hello, world! " + std::to_string(count_++);
    RCLCPP_INFO(get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
    publisher_->publish(message);
  }

  rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
  rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
  std::size_t count_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
  rclcpp::init(argc, argv);
  auto node = std::make_shared<MinimalPublisher>();
  rclcpp::spin(node);
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

运行链路是：初始化 ROS 2，构造节点并创建发布者和定时器，spin() 等待事件，定时器就绪后由执行器调用回调，回调构造并发布消息。500 ms 的周期对应约 2 Hz；它是触发周期，不保证回调在任何负载下都绝对准时。

各对象的职责

rclcpp::Node：节点基础设施；构造函数参数是 ROS 2 节点名，不是 C++ 类名或话题名。
Publisher<MessageT>：只能发布声明的消息类型。订阅端还需满足话题名、类型和 QoS 兼容，才能匹配。
std_msgs::msg::String：ROS 2 消息对象，负载在 data 字段中；它不是裸 std::string。
TimerBase：按周期产生待执行事件；没有执行器持续 spin，回调不会被正常调度。
count_：跨多次回调保存状态；count_++ 先使用旧值再递增。

create_publisher<...>("topic", 10) 中的 10 是 QoS history depth 的简写参数，不是发布次数、订阅者数量或时间间隔。其具体丢弃行为还取决于完整 QoS 策略和通信状态，不应只凭这个数字推断所有传输行为。

订阅与回调链路

订阅者同样在构造阶段注册通信实体和回调，在 spin() 期间由执行器把到达的消息交给回调：

using std::placeholders::_1;

class MinimalSubscriber : public rclcpp::Node
{
public:
  MinimalSubscriber()
  : Node("minimal_subscriber")
  {
    subscription_ = create_subscription<std_msgs::msg::String>(
      "topic", 10,
      std::bind(&MinimalSubscriber::topic_callback, this, _1));
  }

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

  rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
};

_1 是将来调用回调时的第一个实参占位符，这里对应收到的消息。const MessageT & 以只读引用访问消息，避免一次不必要的值复制；函数末尾的 const 则承诺该成员函数不修改节点对象的普通成员状态，两处 const 修饰的对象不同。

发布端与订阅端至少要在话题名、消息类型和 QoS 兼容性上匹配。相同话题名和类型是必要条件，但不能据此忽略 QoS。完整事件链是：

Timer 或其他业务事件
        ↓
publisher_->publish(message)
        ↓
       Topic
        ↓
Subscription 就绪
        ↓
Executor 调用 topic_callback(msg)

消息有哪些字段由接口定义决定，而不是由 auto 产生。例如 std_msgs::msg::String 定义了 data，所以对应对象具有 message.data；自定义消息的成员则来自其 .msg 字段。

回调绑定与生命周期

非静态成员函数必须绑定到具体对象：

std::bind(&MinimalPublisher::timer_callback, this)

可近似改写为：

[this]() { timer_callback(); }

发布者和定时器要保存为节点成员。若只保存在构造函数的局部变量中，构造结束后其共享所有权可能消失，对象被销毁，后续便无法按预期通信或触发。消息本身可以是回调内的局部变量，每次回调重新构造。

Subscription 同样应由节点成员持有。通信对象负责把事件注册进系统，executor 负责等待并调度就绪回调：定时器只规定何时就绪，订阅器只描述收到消息后调用谁；没有持续运行的 executor，这些回调不会自行循环执行。

节点类适合承担 ROS 通信、参数、日志和调度适配，纯算法类不必继承 rclcpp::Node。把通信层与算法层分开后，算法可以不启动 ROS 2 就进行单元测试，也能减少节点类中通信代码与数学/控制实现的耦合。

日志与标准库边界

RCLCPP_INFO 的格式参数沿用 printf 风格；%s 需要 const char *，因此 std::string 通常通过 c_str() 传入。日志输出只是可观测性手段，真正发送消息的是 publisher_->publish(message)。

代码应显式包含直接使用的标准库头文件，如 <chrono>、<functional>、<memory> 和 <string>，不要依赖 ROS 2 头文件的间接包含。

构建和运行

C++ 节点能被 ros2 run 找到，需要在 CMakeLists.txt 中形成完整链路：

find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)

add_executable(demo01_talker_str src/demo01_talker_str.cpp)
ament_target_dependencies(demo01_talker_str rclcpp std_msgs)

install(
  TARGETS demo01_talker_str
  DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

add_executable() 负责生成目标，ament_target_dependencies() 关联依赖，install(TARGETS ...) 把目标放进 ROS 2 约定的安装位置。构建后 source 正确的安装空间，才能按包名和可执行文件名运行。完整的工作空间发现与排错链路见 ROS 2 工作空间、仓库与软件包边界。

常见检查点

colcon 子命令是 build，选择单包的选项是 --packages-select。
工作空间内有尚未构建的依赖包时，可用 colcon build --packages-up-to <目标包> 构建目标及其递归依赖。
No executable found 表明包可能已被发现，但请求的可执行文件未出现在该包的安装结果中；检查目标名、add_executable()、install(TARGETS ...)、重新构建和环境加载。
source install/setup.bash 与 . install/setup.bash 等价，当前 shell 执行一次即可。
Unknown CMake command 应先检查命令由哪个 CMake package 提供、相应 find_package() 是否确实生效，再核对当前发行版的官方构建接口；不能仅凭错误文本断定是缺少某一行或发行版迁移。
大量模板与 callback 类型错误常是首个拼写或签名错误的连锁结果。优先修复日志中的第一处源码错误，例如消息命名空间、成员名、逗号、auto、const 和回调签名，再重新构建，不要逐条追逐后续模板展开信息。
验证发布订阅链路时，应同时观察发布日志、订阅日志及消息序号/内容是否对应；这能证明构建、节点启动、话题匹配和回调执行已贯通，但不等于证明所有 QoS 或高负载条件都正确。

最小发布链路

各对象的职责

订阅与回调链路

回调绑定与生命周期

日志与标准库边界

构建和运行

常见检查点

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