一文搞懂 ROS2 C++ 订阅节点类成员

目录

前言

摘要

一、完整代码示例：/cmd_vel 订阅节点

二、LimoTopicSub 类本身详解

2.1 class LimoTopicSub : public rclcpp::Node 是什么意思？

2.2 rclcpp::Node 是什么？

2.3 继承后 LimoTopicSub 就能当 ROS2 节点用吗？

2.4 LimoTopicSub 和 rclcpp::Node 是完全一样的吗？

三、public 公有成员详解

3.1 构造函数 LimoTopicSub()

3.2 构造函数里面做了什么？

3.3 Node("limo_topic_sub") 是什么意思？

3.4 this->create_subscription() 是什么意思？

3.5 RCLCPP_INFO(this->get_logger(), ...) 是什么意思？

四、private 私有成员详解

4.1 成员函数：cmd_callback()

4.2 为什么说 cmd_callback() 是回调函数？

4.3 const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg 是什么？

4.4 为什么是 msg->linear.x？

4.5 成员变量：cmd_sub_

4.6 为什么 cmd_sub_ 要写成成员变量？

五、ROS2 C++ 常见写法归纳

5.1 geometry_msgs::msg::Twist

5.2 std::bind

5.3 std::placeholders::_1

5.4 SharedPtr

5.5 std::make_shared

5.6 this

5.7 :: 作用域解析符

六、哪些是 LimoTopicSub 自己的成员？

七、总结

前言

在之前的专栏已经详细讲解了话题 Topic 消息 msg、服务 Service 消息 srv 和 行为 Action 消息 action 通信，详细内容见以下链接：

（1）ROS2 C++ 小车控制完整实战（一）：官方标准 msg 消息发布与订阅保姆级教程：

ROS2 C++ 小车控制完整实战（一）：官方标准 msg 消息发布与订阅保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/161829804?spm=1001.2014.3001.5502（2）ROS2 C++ 小车控制完整实战（二）：自定义 msg 消息发布与订阅保姆级教程：

ROS2 C++ 小车控制完整实战（二）：自定义 msg 消息发布与订阅保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/161834874?spm=1001.2014.3001.5502（3）ROS2 C++ 小车控制完整实战（三）：自定义 srv 服务通信保姆级教程：

ROS2 C++ 小车控制完整实战（三）：自定义 srv 服务通信保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/161834909?spm=1001.2014.3001.5502（4）ROS2 C++ 小车控制完整实战（四）：自定义 Action 通信保姆级教程

ROS2 C++ 小车控制完整实战（四）：自定义 Action 通信保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/162141534?spm=1001.2014.3001.5502

除此之外，还有 ROS2 与 C++ 相关保姆级教程：

（1）ROS2 C++ 回调函数 保姆级教程：

ROS2 C++ 回调函数 保姆级教程-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_58954356/article/details/162178534?spm=1001.2014.3001.5502

摘要

在 ROS2 C++ 编程中，我们经常会看到下面这种代码：

class LimoTopicSub : public rclcpp::Node { public: LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub") { cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) ); RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started."); } private: void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg) { RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "收到速度指令：linear.x = %.2f, angular.z = %.2f", msg->linear.x, msg->angular.z); } rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_; };

这段代码看起来不长，但里面包含了ROS2 C++ 节点开发中非常核心的内容：

1. 类继承
2. 构造函数
3. ROS2 节点基类
4. 订阅者对象
5. 回调函数
6. 智能指针
7. std::bind
8. 占位符 _1
9. 消息类型 geometry_msgs::msg::Twist

很多初学者看到rclcpp::Node、rclcpp::Subscription、geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr、std::bind这些写法时，会感觉非常绕。

本篇文章就以/cmd_vel订阅节点为例，详细讲解：

1. LimoTopicSub 这个类到底由哪些成员组成？
2. rclcpp::Node 是什么？
3. 为什么继承它之后就能当 ROS2 节点使用？
4. cmd_callback() 为什么是回调函数？
5. cmd_sub_ 为什么要写成成员变量？

一、完整代码示例：/cmd_vel 订阅节点

首先来看完整代码。

这个节点的作用是：

1. 订阅 /cmd_vel 话题
2. 接收 geometry_msgs::msg::Twist 速度消息
3. 收到消息后自动触发回调函数
4. 打印 linear.x 和 angular.z

完整代码如下：

#include <memory> #include <functional> #include "rclcpp/rclcpp.hpp" #include "geometry_msgs/msg/twist.hpp" using std::placeholders::_1; class LimoTopicSub : public rclcpp::Node { public: LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub") { cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) ); RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started."); } private: void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg) { RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "收到速度指令：linear.x = %.2f, angular.z = %.2f", msg->linear.x, msg->angular.z); } rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_; }; int main(int argc, char * argv[]) { rclcpp::init(argc, argv); auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>(); rclcpp::spin(node); rclcpp::shutdown(); return 0; }

这段代码中最核心的类是：

class LimoTopicSub : public rclcpp::Node

我们可以把这个类里面的内容分成三部分来看：

1. 类本身
2. public 公有成员
3. private 私有成员

二、LimoTopicSub 类本身详解

2.1class LimoTopicSub : public rclcpp::Node是什么意思？

代码如下：

class LimoTopicSub : public rclcpp::Node

这句话可以拆成三部分理解：

class LimoTopicSub

表示定义一个类，类名叫LimoTopicSub。

public

表示公开继承。

rclcpp::Node

表示ROS2 C++ 提供的节点基类。

所以整句话的意思是：

定义一个名为 LimoTopicSub 的类，它公开继承自 rclcpp::Node。

也就是说：

LimoTopicSub 继承了 rclcpp::Node，所以它拥有 ROS2 节点的基本能力。

2.2rclcpp::Node是什么？

rclcpp::Node是 ROS2 C++ 提供的节点基类。

可以把它理解成：

ROS2 官方已经写好的“节点模板类”。

它里面封装了一个 ROS2 节点常用的基础功能，例如：

1. 节点名称
2. 日志功能
3. 话题发布功能
4. 话题订阅功能
5. 服务端功能
6. 客户端功能
7. 定时器功能
8. 参数功能
9. 时间功能
10. 节点运行相关接口

所以我们自己的类继承了rclcpp::Node之后，才能直接使用这些函数：

this->create_subscription(...) this->create_publisher(...) this->create_wall_timer(...) this->create_service(...) this->create_client(...) this->get_logger() this->now()

这些函数并不是我们自己定义的，而是从rclcpp::Node继承来的。

2.3 继承后 LimoTopicSub 就能当 ROS2 节点用吗？

可以这样理解。

因为LimoTopicSub继承了rclcpp::Node，所以它本质上就是一个带有 ROS2 节点能力的类。

在main()函数中，我们可以这样创建它：

auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>();

然后交给 ROS2 运行：

rclcpp::spin(node);

这里spin()能运行node，是因为LimoTopicSub继承了rclcpp::Node。

所以可以总结成一句话：

1. rclcpp::Node 提供 ROS2 节点基础能力；
2. LimoTopicSub 继承它之后，就可以作为一个 ROS2 节点运行。

2.4 LimoTopicSub 和 rclcpp::Node 是完全一样的吗？

不是完全一样。

更准确地说：

LimoTopicSub = rclcpp::Node 的基础功能 + 自己新增的订阅功能

• rclcpp::Node本身提供基础节点能力。
• 而LimoTopicSub在这个基础上，自己又添加了：

1. 构造函数 LimoTopicSub()
2. 订阅者对象 cmd_sub_
3. 订阅回调函数 cmd_callback()

所以它不是一个普通节点，而是：

一个专门用来订阅 /cmd_vel 话题的自定义 ROS2 节点类。

可以这样理解：

1. rclcpp::Node：
ROS2 官方提供的基础节点类。

2. LimoTopicSub：
继承 rclcpp::Node，并添加 /cmd_vel 订阅逻辑后的自定义节点类。

三、public 公有成员详解

在这段代码中，public里面主要有一个成员：

LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub") { cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) ); RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started."); }

这个成员就是构造函数。

3.1 构造函数LimoTopicSub()

LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub")

这是类的构造函数。

构造函数的特点是：

1. 函数名和类名相同 ✔✔✔
2. 没有返回值
3. 创建对象时自动调用 ✔✔✔也就是说，当main()函数执行：

它的作用是：

创建 LimoTopicSub 对象时，自动执行这里面的代码

也就是说，当 main 函数里执行：

auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>();

创建一个 LimoTopicSub 对象，并用 std::shared_ptr 智能指针管理它。

node 是一个智能指针，它指向一个 LimoTopicSub 节点对象。

就会自动进入这个构造函数。

LimoTopicSub()

这个构造函数。

3.2 构造函数里面做了什么？

构造函数里面主要做了两件事情。

第一件事：创建/cmd_vel订阅者。

cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) );

第二件事：打印节点启动日志。

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started.");

所以构造函数的作用可以总结为：

1. 创建 LimoTopicSub 节点对象时，
2. 自动初始化节点，
3. 创建 /cmd_vel 订阅者，
4. 并打印节点启动日志。

3.3Node("limo_topic_sub")是什么意思？

这一行：

LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub")

其中的：

Node("limo_topic_sub")

表示调用父类rclcpp::Node的构造函数。

它的作用是：

初始化 ROS2 节点部分，并把节点名称设置为 limo_topic_sub。

所以节点启动后，可以通过命令查看：

ros2 node list

正常情况下会看到：

/limo_topic_sub

注意：

Node("limo_topic_sub")

不是普通成员变量，也不是普通函数调用。它是在初始化父类rclcpp::Node。

也就是说，创建LimoTopicSub对象时，先要把它继承来的rclcpp::Node那部分初始化好，并给这个节点起名叫：

limo_topic_sub

3.4this->create_subscription()是什么意思？

代码如下：

cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) );

这里的：

this->create_subscription

表示调用当前节点对象的create_subscription()函数。

这个函数是从rclcpp::Node继承来的。

它的作用是：

创建一个订阅者。

完整参数可以这样理解：

this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", // 订阅的话题名 10, // 队列深度 std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) // 回调函数 );

也就是说：

1. 创建一个订阅者，
2. 订阅 /cmd_vel 话题，
3. 消息类型是 geometry_msgs::msg::Twist，
4. 当收到消息时，自动调用 cmd_callback()。

3.5RCLCPP_INFO(this->get_logger(), ...)是什么意思？

代码如下：

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started.");

这里可以拆成两部分看。

第一部分：

this->get_logger()

表示获取当前节点的日志器。

第二部分：

RCLCPP_INFO(...)

表示以 INFO 级别打印日志。

所以整体意思是：

使用当前节点的日志系统，打印一条 INFO 级别的日志。

终端输出类似：

[INFO] [limo_topic_sub]: limo_topic_sub node has started.

四、private 私有成员详解

在这段代码中，private里面有两个成员：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg) { ... } rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_;

分别是：

cmd_callback()：成员函数 / 回调函数 cmd_sub_：成员变量 / 订阅者对象

4.1 成员函数：cmd_callback()

代码如下：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg) { RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "收到速度指令：linear.x = %.2f, angular.z = %.2f", msg->linear.x, msg->angular.z); }

这是一个私有成员函数。

它的作用是：

当 /cmd_vel 话题收到 Twist 消息时，自动执行这个函数。

也就是说，它是一个订阅回调函数。

4.2 为什么说 cmd_callback() 是回调函数？

因为它不是我们主动调用的。

代码中没有写：

cmd_callback();

它是在创建订阅者时，交给了 ROS2：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

意思是：

以后 /cmd_vel 收到消息时， ROS2 自动调用 LimoTopicSub 类中的 cmd_callback() 函数。

所以它的执行流程是：

发布端发布 /cmd_vel 消息 ↓ 订阅端收到 Twist 消息 ↓ ROS2 自动触发 cmd_callback() ↓ cmd_callback() 读取 msg 数据并打印

4.3const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg是什么？

回调函数参数是：

const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg

可以拆开理解：

geometry_msgs::msg::Twist

表示消息类型是Twist。

SharedPtr

表示智能指针。

msg

表示变量名。

所以这一整句的意思是：

接收一个 Twist 类型的消息指针， 这个指针变量名叫 msg。

当/cmd_vel话题收到消息后，ROS2 会把收到的消息传给msg。

所以在回调函数里面可以通过：

msg->linear.x msg->angular.z

访问速度数据。

4.4 为什么是msg->linear.x？

因为msg是一个指针。

在 C++ 中：

普通对象访问成员，用 . 指针访问成员，用 ->

比如普通对象：

vel_cmd.linear.x

指针对象：

msg->linear.x

所以：

msg->linear.x

表示：

访问 msg 指向的 Twist 消息中的 linear.x 字段。

同理：

msg->angular.z

表示：

访问 msg 指向的 Twist 消息中的 angular.z 字段。

4.5 成员变量：cmd_sub_

代码如下：

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_;

这是一个私有成员变量。

它的作用是：

保存 /cmd_vel 订阅者对象。

完整拆开看：

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>

表示这是一个ROS2 订阅者类型，订阅的消息类型是geometry_msgs::msg::Twist。

SharedPtr

表示智能指针。

cmd_sub_

是变量名，表示 command velocity subscriber，也就是速度指令订阅者。

所以整体意思是：

定义一个订阅者对象指针 cmd_sub_， 它用于保存 /cmd_vel 话题的订阅者。

4.6 为什么 cmd_sub_ 要写成成员变量？

因为订阅者对象必须在节点运行期间一直存在。

如果订阅者对象只是一个普通局部变量，那么构造函数执行结束后，局部变量可能被释放，订阅关系也可能失效。

例如不推荐这样写：

auto cmd_sub = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) );

这里的cmd_sub是局部变量。

构造函数执行结束后，它的生命周期就结束了。

所以更稳妥的写法是：

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_;

然后在构造函数中赋值：

cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>( "/cmd_vel", 10, std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1) );

这样cmd_sub_就会随着LimoTopicSub节点对象一起存在。

节点不销毁，订阅者对象就一直存在。

五、ROS2 C++ 常见写法归纳

5.1geometry_msgs::msg::Twist

geometry_msgs::msg::Twist

是ROS2 官方提供的一种消息类型，常用于表示速度。

它里面主要有两个成员：

linear angular

其中：

linear.x linear.y linear.z

表示线速度。

angular.x angular.y angular.z

表示角速度。

小车控制中最常用的是：

linear.x angular.z

含义是：

linear.x：小车前进 / 后退速度 angular.z：小车绕 z 轴旋转速度

例如：

vel_cmd.linear.x = 0.1; vel_cmd.angular.z = 0.0;

表示：

小车以 0.1 m/s 向前运动，不旋转。

5.2std::bind

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

std::bind是 C++ 标准库提供的函数绑定工具。

它的作用是：

把类里面的成员函数绑定成一个可以被 ROS2 调用的回调函数。

因为cmd_callback()是类成员函数，不能像普通函数一样直接传给 ROS2。

所以需要写成：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

可以理解为：

1. 请 ROS2 将来使用当前这个 LimoTopicSub 对象，
2. 去调用它里面的 cmd_callback() 函数，
3. 并把收到的消息作为第一个参数传进去。

5.3std::placeholders::_1

using std::placeholders::_1;

这句话表示引入占位符_1。

_1的作用是：

占住第一个参数的位置。

在订阅回调中：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

其中_1对应的是收到的消息msg。

也就是说：

当 /cmd_vel 收到消息时，ROS2 会把这条消息作为第一个参数传给 cmd_callback()。

如果是 Service 回调，通常会看到：

std::bind(&LimoSrvServer::srv_callback, this, _1, _2)

其中：

_1 对应 request _2 对应 response

5.4SharedPtr

ROS2 C++ 中经常看到：

SharedPtr

例如：

geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg

或者：

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_;

SharedPtr本质上是智能指针。

可以简单理解为：

SharedPtr 用来安全管理对象生命周期，避免手动 new 和 delete。

在 ROS2 中，很多对象都用SharedPtr管理，例如：

1. 节点对象
2. 发布者对象
3. 订阅者对象
4. 定时器对象
5. 消息对象
6. 服务对象
7. 客户端对象

5.5std::make_shared

主函数中有这样一行：

auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>();

意思是：

创建一个 LimoTopicSub 类型的智能指针对象。

它等价于：

创建一个 LimoTopicSub 节点对象，并交给智能指针管理。

为什么用智能指针？

因为 ROS2 中节点通常需要在运行期间一直存在，使用智能指针可以更安全地管理节点生命周期。

5.6this

代码中经常出现：

this->create_subscription(...) this->get_logger()

这里的this表示：当前对象自己。

在本例中，this指向当前的LimoTopicSub节点对象。

所以：

this->create_subscription(...)

意思是：

当前这个节点对象创建一个订阅者。

this->get_logger()

意思是：

获取当前这个节点对象的日志器。

5.7::作用域解析符

ROS2 C++ 代码中经常有很多::，例如：

rclcpp::Node geometry_msgs::msg::Twist std::placeholders::_1

这里的::是 C++ 的作用域解析符。

可以简单理解为：

到某个命名空间或类里面去找东西。

例如（1）

rclcpp::Node

表示：

到 rclcpp 命名空间中找 Node。

例如（2）

geometry_msgs::msg::Twist

表示：

到 geometry_msgs 命名空间中，再到 msg 命名空间中，找到 Twist 类型。

例如（3）

std::bind

表示：

到 std 标准库命名空间中找 bind。

六、哪些是 LimoTopicSub 自己的成员？

表格总结：

所以LimoTopicSub里面真正自己定义的核心成员主要有三个：

LimoTopicSub()

构造函数：创建节点对象时自动执行，用来初始化节点并创建订阅者。

cmd_callback()

成员函数：收到/cmd_vel消息时自动触发，用来处理接收到的速度消息。

cmd_sub_

成员变量：保存/cmd_vel订阅者对象，让订阅者在节点运行期间一直存在

七、总结

本篇文章主要围绕LimoTopicSub订阅节点类，详细拆解了 ROS2 C++ 中类成员、继承、回调函数和订阅者对象的关系。

核心结论如下：

rclcpp::Node 是 ROS2 C++ 提供的节点基类， 里面封装了节点名称、日志、话题、服务、定时器、参数等基础功能。

LimoTopicSub 继承 rclcpp::Node 后， 就拥有了 ROS2 节点的基本能力， 可以调用 create_subscription() 创建订阅者， 也可以调用 get_logger() 打印日志。

LimoTopicSub() 是构造函数， 创建节点对象时自动执行， 主要负责初始化节点和创建 /cmd_vel 订阅者。

cmd_sub_ 是成员变量， 用于保存 /cmd_vel 订阅者对象， 保证订阅者在节点运行期间一直存在。

cmd_callback() 是订阅回调函数， 当 /cmd_vel 收到 Twist 消息时， ROS2 会自动调用它， 并通过 msg->linear.x 和 msg->angular.z 读取速度信息。

最后用一句话总结：

1. LimoTopicSub 是一个继承自 rclcpp::Node 的自定义 ROS2 订阅节点类；
2. 它通过构造函数创建订阅者，通过 cmd_sub_ 保存订阅对象，
3. 通过 cmd_callback() 处理收到的 /cmd_vel 速度消息。