ROS入门与实践--3(工作空间和功能包的创建及HelloWorld简单实现)

1 工作空间和功能包

通过上节的学习，我们在ROS文件系统的结构图中了解到了工作空间和功能包，下面我们将详细介绍工作空间的定义，工作空间及功能包的创建流程

1.1 工作空间定义

简单来说，工作空间就是用来存放开发者的工程开发相关文件的一个文件夹。官方文档给出了两种编译系统，即Catkin和rosbuild，在Hydro版本后，很少使用rosbuild系统来进行功能包的创建和编译了，感兴趣的同学可以通过文章末尾的官网链接进行了解，这里不做赘述。
一个基本的Catkin编译系统创建的工作空间结构如下所示：

workspace_folder/        -- WORKSPACE
  src/                   -- SOURCE SPACE -- 开发过程中最常用文件夹，用来储存所有ROS功能包的源码文件
    CMakeLists.txt       -- 'Toplevel' CMake file, provided by catkin
    package_1/
      CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_1
      package.xml        -- Package manifest for package_1
    ...
    package_n/
      CMakeLists.txt     -- CMakeLists.txt file for package_n
      package.xml        -- Package manifest for package_n
  build/                   -- BUILD SPACE -- 用来储存工作空间编译过程中产生的缓存信息和中间文件
  devel/                   -- DEVELOPMENT SPACE -- 用来放置编译生成的可执行文件

一个基本的Catkin编译系统创建的工作空间实际界面如下图所示：

工作空间中还有一个不常用的“install：安装空间(INSTALL SPACE)，不过这个空间不是很常用，基本看不到，这里不做赘述。

1.2 工作空间的创建

在终端输入下面的命令并按下回车键，我们将创建并编译一个catkin工作空间：

mkdir -p ~/catkin_ws/src	创建一个子目录src，上一级目录是工作空间名称'catkin_ws'
cd ~/catkin_ws/				进入创建的工作空间目录
catkin_make					对创建的工作空间进行编译

下面我们进行实操演示：

工作空间编译完成界面：

通过鼠标进入主目录，可以看到我们创建的工作空间，双击打开工作空间，可以看到build、devel、src三个文件夹，工作空间即为创建并编译成功。

工作空间编译完成后，在devel子目录下创建了一个与你通常在/opt/ros/$ROSDISTRO_NAME下看到的目录结构类似的结构。
要将这个工作空间添加到ROS环境中，你需要source一下生成的配置文件，通常有两种方式可以进行source操作。
方式一：打开一个新的终端，在终端下输入：echo "source ~/你要source的工作空间名字/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc
方式一：在主目录下，按快捷键Ctrl+H显示出隐藏的文件夹，找到.bashrc 文件，通过gedit编辑器打开，在文档末尾加入：source ~/你要source的工作空间名字/devel/setup.bash，保存退出即可。
下面进行实操演示：

1.3 功能包的创建

通过如下命令可以在你创建的catkin工作空间中创建一个新的功能包：

cd ~/catkin_ws/src								重新打开终端，可以使用此命令进入src目录
cd src											已经位于工作空间目录，可以使用此命令进入src目录
catkin_create_pkg test01 std_msgs rospy roscpp	创建一个名为test01的新功能包，这个功能包依赖于std_msgs、roscpp和rospy

功能包依赖roscpp表示可以使用C++实现功能的库、rospy表示可以使用Python实现功能的库、std_msgs则是标准消息库，在创建一个新的功能包时，功能的实现一般都依赖这三个库实现。
下面进行实操演示：

通过cd指令进入我们创建的功能包，通过ls指令查看功能包下的文件及文件夹，上图即为正常的功能包结构。

2 通过指令及编辑器实现HelloWorld

在ROS中，工程开发使用的编程语言主要为C++和Python，所以在后续的教程中，我将会针对每部分的内容同时通过这两种语言来进行演示，同时大家根据自己的基础来选择适合自己的学习方案。
虽然编程语言有所不同，但功能实现的流程基本相似，分为以下几步：

1. 首先创建一个新的工作空间；
2. 然后创建一个新的功能包；
3. 编辑程序源文件；
4. 编辑配置文件；
5. 编译工作空间并执行程序。

下面我们将围绕这个步骤来进行初步的学习。

2.1 HelloWorld实现(C++版本)

2.1.1 功能包下新建并编辑cpp源文件

根据之前学习过的知识，src目录下存放的是功能包的源码文件，所以我们需要在src目录下功能包的src目录下新建我们的源码程序。新建一个源文件的方法有两种：
方式一：在src目录下鼠标右键新建一个文档，将文件名字修改为helloworld.cpp；
注：如果右键没有新建文档选项，可以找到主目录下的模板文件夹，右键在终端中打开，输入sudo gedit命令，输入密码，这时会弹出一个空白文档，保存即可，这时候再右键即可看到新建文档选项。

空白文档弹出

右键新建文档出现

方式二：通过touch指令在src目录下新建源文件

新建完成的源文件，我们可以通过gedit指令在终端打开并编辑，也可以直接在目录下双击打开编辑

在文档中输入以下代码，然后保存退出

#include "ros/ros.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    //初始化 ROS 节点
    ros::init(argc,argv,"hello");
    //创建节点句柄
    ros::NodeHandle n;
    //控制台输出 hello world！
    ROS_INFO("hello world cpp!");

    return 0;
}

2.1.2 配置CMakeLists.txt文件

源文件代码已经完成，接下来我们进行文件配置，进入test01功能包目录，找到CMakeLists.txt文件，双击打开

找到下面的两部分内容，第一部分从133行开始，第二部分从148行开始，将两部分的配置内容取消注释，添加上与源文件相关的内容，文中我们将相关内容修改成了和我们新建的cpp源文件的名称一致的内容。然后保存退出。

## Declare a C++ executable	声明一个C++可执行文件
## With catkin_make all packages are built within a single CMake context
## The recommended prefix ensures that target names across packages don't collide
# add_executable(${PROJECT_NAME}_node src/test01_node.cpp)
add_executable(cpp源文件的名称 src/cpp源文件的名称.cpp)
add_executable(helloworld src/helloworld.cpp)
=========================================================================================
## Specify libraries to link a library or executable target against	指定库来链接库或可执行目标
# target_link_libraries(${PROJECT_NAME}_node
#   ${catkin_LIBRARIES}
# )
 target_link_libraries(cpp源文件的名称
   ${catkin_LIBRARIES}
 )
 target_link_libraries(helloworld
   ${catkin_LIBRARIES}
 )

2.1.3 catkin_make重新编译工作空间

接下来新打开一个终端，通过 cd catkin_ws命令进入工作空间目录下，输入catkin_make命令重新编译工作空间

上图即为编译成功的界面。

2.1.4 rosrun执行程序

当工作空间重新编译成功后，我们就可以来执行这个程序。
1.重新打开一个命令行，输入roscore启动ROS核心
2.再打开一个命令行，通过下列指令来执行程序

cd 工作空间名字
source ./devel/setup.bash	若之前在.bashrc文件中设置过可以免去这步，后续在新的工作空间下运行需要执行这步
rosrun 功能包包名 cpp源文件名字

由上图我们可以看出，命令行成功输出hello world cpp!内容，说明我们的程序运行成功。

2.2 HelloWorld实现(Python版本)

Python版本中实现helloworld输出到终端的步骤和C++版本基本类似，不同之处在于需要先新建一个scripts目录来存放Python文件，并为Python文件添加执行权限，程序才能正常被编译运行，下面我们来详细介绍操作流程。

2.2.1 Python文件的编写及配置

1.创建scripts目录
通过下面的指令我们在功能包的src目录下新建一个scripts目录来存放Python文件。

cd catkin_ws/src/test01/
mkdir scripts
ls

2.创建Python文件并编辑
创建python文件方式同创建cpp源文件方式相同，这里我通过指令创建

通过下面的指令打开python文件并写入代码

gedit helloworld.py

#! /usr/bin/env python	#Python 解释器路径

import rospy

if __name__ == "__main__":
    rospy.init_node("Hello")
    rospy.loginfo("Hello World Python!")

3.为python文件添加可执行权限
通过下列指令可以为python文件添加可执行权限

cd scripts		进入到scripts目录下
chmod +X *.py	添加可执行权限
ll				查看可执行权限文件目录

下图即为执行权限添加成功

2.2.2 配置CMakeLists.txt文件

Python文件能否执行同样需要配置CMakeLists.txt文件，他和cpp配置的CMakeLists.txt文件为同一个文件，打开CMakeLists.txt文件，找到168行，把my_python_script修改为python文件名，效果同下，然后保存退出。

## Mark executable scripts (Python etc.) for installation
## in contrast to setup.py, you can choose the destination
# catkin_install_python(PROGRAMS
#   scripts/my_python_script
#   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
# )
 catkin_install_python(PROGRAMS
   scripts/python文件名.py
   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
 )
 catkin_install_python(PROGRAMS
   scripts/helloworld.py
   DESTINATION ${CATKIN_PACKAGE_BIN_DESTINATION}
 )

2.2.3 catkin_make重新编译工作空间

终端下输入 cd catkin_ws命令进入工作空间目录下，输入catkin_make命令重新编译工作空间

上图即为编译成功的界面。

2.2.4 rosrun执行程序

由于在上一节运行cpp程序时，我们已经启动了roscore，所以我们在这里直接执行python文件
打开一个命令行，通过下列指令来执行程序

cd 工作空间名字
source ./devel/setup.bash	若之前在.bashrc文件中设置过可以免去这步，后续在新的工作空间下运行需要执行这步
rosrun 功能包包名 python源文件名.py

由上图我们可以看出，命令行成功输出hello world Python!内容，说明我们的程序运行成功。

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至此，机器人操作系统(ROS)入门与实践–3的内容全部更新完，下一节我们将进行ROS开发环境搭建及程序运行的教学，同时会安装一些小工具辅助我们后续的工程开发，希望大家支持，本人是自学ROS的研究生小白，主要是根据赵虚左老师的课程、官方的文档以及按照自己的实际操作来写的教程，其中部分内容借鉴了赵虚左老师的方法，在这里给出教程的网址，希望大家一起学习，谢谢大家！！！

参考资料：
http://www.autolabor.com.cn/book/ROSTutorials/
http://wiki.ros.org/ROS/Concepts
http://wiki.ros.org/cn/catkin/Tutorials/create_a_workspace
http://wiki.ros.org/cn/catkin/Tutorials