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ROS C++ 程式設計風格指南

ROS C++ 程式設計風格指南

前言

在 ROS2 開發中，良好的程式設計風格不僅能提高代碼的可讀性和可維護性，還能避免一些常見的錯誤和性能問題。本文將介紹 ROS2 中 C++ 程式設計的風格指南和最佳實踐，特別是關於節點創建的不同方式及其優缺點。

ROS2 節點創建的兩種方式

在 ROS2 中，創建節點有兩種主要的方式：實例化節點對象和繼承節點類。讓我們來看看這兩種方式的具體實現和比較。

1. 實例化節點對象

這是最簡單直接的方式，直接創建一個 rclcpp::Node 的實例：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

int main(int argc, char ** argv)
{
    rclcpp::init(argc, argv);
    
    auto node = rclcpp::Node::make_shared("helloworld_node");
    
    RCLCPP_INFO(node->get_logger(), "hello world!");
    
    rclcpp::shutdown();
    
    return 0;
}

這種方式簡單明了，適合快速開發和簡單的應用場景。

2. 繼承節點類

這種方式通過創建一個繼承自 rclcpp::Node 的自定義類來實現：

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"

class MyNode: public rclcpp::Node{
public:
    MyNode():Node("node_name"){
        RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "hello world!");
    }
};

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

這種方式更加面向對象，適合複雜的應用場景和大型項目。

兩種方式的比較

實例化節點對象的優缺點

優點：

  1. 簡單直接，代碼量少
  2. 適合快速原型開發和簡單應用
  3. 學習曲線較低，適合初學者

缺點：

  1. 不適合複雜功能的實現
  2. 代碼可能變得雜亂，難以維護
  3. 不符合 ROS2 的推薦風格

繼承節點類的優缺點

優點：

  1. 更加面向對象，符合 ROS2 的設計理念
  2. 更好的代碼組織和封裝
  3. 適合複雜功能和大型項目
  4. 更容易擴展和維護
  5. 這是 ROS2 官方推薦的方式

缺點：

  1. 代碼量稍多
  2. 對初學者來說可能有一定的學習曲線

最佳實踐建議

在 ROS2 中，更推薦使用繼承 Node 的方式來創建節點對象。這種方式雖然初看起來代碼量稍多，但它提供了更好的代碼組織和封裝，使得代碼更容易維護和擴展。

以下是一些使用繼承方式的最佳實踐：

  1. 明確的類結構：將節點的功能清晰地組織在類的成員函數和變量中
  2. 適當的封裝：使用 private 和 protected 成員來控制訪問權限
  3. 初始化列表：在構造函數中使用初始化列表來初始化基類
  4. 資源管理：使用智能指針管理資源，避免內存泄漏

範例：完整的繼承式節點

下面是一個更完整的繼承式節點範例，包含了發布者、訂閱者和定時器：

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

class CompleteNode : public rclcpp::Node
{
private:
    rclcpp::Publisher<std_msgs::msg::String>::SharedPtr publisher_;
    rclcpp::Subscription<std_msgs::msg::String>::SharedPtr subscription_;
    rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;
    size_t count_;

public:
    CompleteNode() : Node("complete_node"), count_(0)
    {
        // 創建發布者
        publisher_ = this->create_publisher<std_msgs::msg::String>("topic", 10);
        
        // 創建訂閱者
        subscription_ = this->create_subscription<std_msgs::msg::String>(
            "topic", 10,
            [this](const std_msgs::msg::String::SharedPtr msg) {
                RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Received: '%s'", msg->data.c_str());
            });
            
        // 創建定時器
        timer_ = this->create_wall_timer(
            std::chrono::seconds(1),
            [this]() {
                auto message = std_msgs::msg::String();
                message.data = "Hello World: " + std::to_string(count_++);
                RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "Publishing: '%s'", message.data.c_str());
                publisher_->publish(message);
            });
    }
};

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

結論

在 ROS2 C++ 開發中，雖然實例化節點對象的方式簡單直接，但繼承節點類的方式更符合 ROS2 的設計理念和最佳實踐。對於任何超出簡單示例的實際應用，都建議使用繼承的方式來創建節點。這種方式提供了更好的代碼組織、封裝和可維護性，使得代碼更加健壯和易於擴展。

隨著項目的複雜度增加，繼承方式的優勢會變得更加明顯。因此，即使對於初學者，也建議從一開始就養成使用繼承方式創建節點的習慣，這將有助於更好地理解和應用 ROS2 的設計理念。

Published by:

TienYaoHsu