客户端库(Client libraries)

概览

客户端库是让用户实现他们自己的 ROS 2 代码的 API。 用户可以通过客户端库使用 ROS 2 组件，例如节点、topic、service 等。 客户端库有很多种编程语言的实现，这样用户可以用最适合他们应用的语言编写 ROS 2 代码。 例如，你可能更喜欢用 Python 编写可视化工具，因为这样可以更快地进行原型迭代，而对于与效率有关的系统部分，最好用 C++ 实现。

客户端库的一个重要特性是，使用不同客户端库编写的节点可以相互共享消息，因为所有客户端库都实现了代码生成器，为用户提供了与相应语言中的 ROS 2 接口文件交互的能力。

除了特定于语言的通信工具之外，客户端库还向用户开放了许多 ROS 核心功能，使 ROS 真正成为“ROS”。（译者注：众所周知，所谓的 Robot Operating System 并不是真正意义上的操作系统，此处是想表达在这些核心功能的加持下，ROS可以做更多事情、实现更多功能。） 例如，以下是通常可以通过客户端库访问的功能列表：

• Names and namespaces

• Time (real or simulated) - 真实或模拟时间控制

• Parameters - 参数控制

• Console logging - 日志系统

• Threading model - 线程模型

• Intra-process communication - 进程内通信

支持的客户端库

C++ 客户端库（rclcpp）和 Python 客户端库（rclpy）都是客户端库，它们都使用 rcl (译者注：后续我们将使用 rcl 这一称呼，也就是 ros client library 的缩写表达对它自身的指代。)中的通用功能。

rclcpp 包

ROS C++ 客户端库（rclcpp）是面向用户的、符合 C++ 习惯的接口，提供了所有 ROS 客户端功能，如创建节点、发布者和订阅者。 rclcpp 基于 rcl 和 rosidl API 构建，旨在与 rosidl_generator_cpp 生成的 C++ 消息一起使用。

rclcpp 利用 C++ 和 C++17 的特性，使接口尽可能易于使用，但由于它重用了 rcl 中的实现，因此能够保持与使用 rcl API 的其他客户端库一致的行为。

rclcpp 仓库位于 GitHub 上的 ros2/rclcpp 。

随代码自动生成的 API 文档在这里可以找到：

api/rclcpp/index.html

rclpy 包

与 C++ 客户端库相对应的则是 Python 客户端库（rclpy）。 与 C++ 客户端库一样，rclpy 也是基于 rcl C API 实现的。 rclpy 提供了一个 Python 习惯的接口，使用原生 Python 类型和模式，如 list 和 context objects。 通过在实现中使用 rcl API，它在功能和行为上与其他客户端库保持一致。 rclpy 还基于 rcl API 和各种 message 的 python 实现，提供了额外的 Python 习惯的绑定，以此通过 threading.Thread 或类似的方式运行 rcl API 中的函数，来实现 execution model。

与 C++ 客户端库一样，rclpy 为用户与 ROS 消息交互生成自定义 Python 代码，但与 C++ 不同的是，它最终将原生 Python 消息对象转换为消息的 C 版本。 所有操作都在 Python 版本的消息上进行，直到需要将其传递到 rcl 层时，才将其转换为消息的 C 版本，以便将其传递到 rcl C API 中。 如果可能的话，当在同一进程中的发布者和订阅者之间通信时，尽量避免这种转换，以减少转换为 Python 对象的次数。

rclpy 仓库位于 GitHub 上的 ros2/rclpy 。

随代码自动生成的 API 文档在这里：

api/rclpy/index.html

社区维护的客户端库

C++ 和 Python 客户端库由 ROS 2 核心团队维护，而ROS 2 社区的成员维护了其他客户端库：

• Ada This is a set of packages (binding to rcl, message generator, binding to tf2, examples and tutorials) that allows the writing of Ada applications for ROS 2.

• C rclc does not put a layer on top of rcl but complements rcl to make rcl+rclc a feature-complete client library in C. See micro.ros.org for tutorials.

• JVM and Android Java and Android bindings for ROS 2.

• .NET Core, UWP and C# This is a collection of projects (bindings, code generator, examples and more) for writing ROS 2 applications for .NET Core and .NET Standard.

• Node.js rclnodejs is a Node.js client for ROS 2. It provides a simple and easy JavaScript API for ROS 2 programming.

• Rust This is a set of projects (the rclrs client library, code generator, examples and more) that enables developers to write ROS 2 applications in Rust.

• Flutter and Dart Flutter and Dart bindings for ROS 2.

Older, unmaintained client libraries are:

• C#

• Objective C and iOS

• Zig

通用功能: rcl

客户端库中的大部分功能都不是特定于客户端库的编程语言的。 例如，在理想情况下，参数的行为和命名空间的逻辑应该在所有编程语言中是相同的。 因此，客户端库并非从头开始实现常见功能，而是使用非特定语言限制的 ROS 概念的通用核心 ROS RCL 接口。 所以一般客户端库只需要用外部函数接口包装 RCL 中的通用功能。 这样可以使客户端库更轻量化，更容易开发。 为此，常见的 RCL 功能以 C 接口的形式暴露出来，因为 C 语言通常是客户端库最容易封装的语言。

除了使客户端库更轻量化之外，有一个使用通用核心的优势是，不同语言之间的行为更一致。 如果对 RCL 核心功能的逻辑/行为进行了任何更改 – 例如命名空间 – 所有使用 RCL 的客户端库都会反映这些更改。 此外，拥有通用核心意味着在修复 bug 时，维护多个客户端库的工作量会大大减少。

rcl 的 API 文档可以在 这里 找到.

Language-specific 功能

客户端库中需要特定于语言的特性/属性的概念并没有在 RCL 中实现，而是在每个客户端库中实现。 例如，由 “spin” 函数使用的线程模型将由特定于客户端库语言来实现。.

Demo

为了演示 rclpy 发布者和 rclcpp 订阅者之间的消息交换，我们推荐你观看 这个 ROSCon talk，从 17:25 开始（ 这里查看幻灯片 ）。

与 ROS 1 的对比

在 ROS 1 中，所有客户端库都是从头开始开发的。 这使得 ROS 1 Python 客户端库可以纯粹地用 Python 实现，例如，这样就不需要编译代码。 然而，客户端库之间的命名约定和行为并不总是一致，bug 修复必须在多个地方完成，还有很多功能只在一个客户端库中实现（例如 UDPROS）。

总结

通过使用通用的核心 ROS 客户端库，更容易编写使用不同编程语言的客户端库，并且行为更一致。