客户端库（Client libraries）¶
目录¶
- 概述
- 支持的客户端库
- C++ 客户端库（rclcpp 包）
- Python 客户端库（rclpy 包）
- 社区维护的库
- 公共功能：rcl
- 语言特定功能
- 演示
- 与 ROS 1 的对比
- 总结
概述¶
客户端库（Client libraries）是用户编写 ROS 2 代码所使用的 API。通过客户端库，用户可以访问 ROS 2 的核心概念，如节点、话题、服务等。
客户端库支持多种编程语言，使用户能够选择最适合其应用需求的语言。例如： - Python 适合快速原型开发（如可视化工具） - C++ 适合对性能和效率要求高的模块
使用不同客户端库编写的节点可以互相通信，因为所有客户端库都实现了代码生成器，使用户能在各自语言中操作 ROS 2 接口文件。
除了语言特定的通信工具，客户端库还向用户暴露了使 ROS 成为“ROS”的核心功能，例如：
- 名称与命名空间
- 时间（真实时间或仿真时间）
- 参数
- 控制台日志
- 线程模型
- 进程内通信（Intra-process communication）
支持的客户端库¶
C++ 客户端库（rclcpp）和 Python 客户端库（rclpy）均基于 rcl（ROS Client Library）的公共功能构建。
C++ 客户端库（rclcpp 包）¶
rclcpp 是 ROS 2 的 C++ 客户端库，提供了符合 C++ 习惯的用户接口，支持创建节点、发布者、订阅者等所有 ROS 客户端功能。
- 基于 rcl 和 rosidl API 构建
- 专为与 rosidl_generator_cpp 生成的 C++ 消息配合使用而设计
- 充分利用 C++ 和 C++17 特性，提供简洁易用的接口
- 通过复用 rcl 的实现，与其他客户端库保持行为一致性
资源：
- GitHub 仓库：ros2/rclcpp
- API 文档：https://docs.ros.org/en/kilted/p/rclcpp/
Python 客户端库（rclpy 包）¶
rclpy 是 ROS 2 的 Python 客户端库，是 rclcpp 的 Python 对应版本。
- 同样基于 rcl C API 实现
- 提供符合 Python 习惯的接口，使用原生 Python 类型（如列表、上下文对象）
- 通过 rcl API 保证与其他客户端库在功能和行为上的一致性
- 负责管理执行模型（如使用
threading.Thread运行 rcl 函数）
消息处理机制： - 为每个 ROS 消息生成 Python 类 - 用户操作的是 Python 原生消息对象 - 当需要传递给 rcl 层时，才转换为 C 版本消息 - 同一进程内的发布者与订阅者通信会跳过转换，以提升性能
资源：
- GitHub 仓库：ros2/rclpy
- API 文档：https://docs.ros.org/en/kilted/p/rclpy/
社区维护的库¶
除 C++ 和 Python 外，ROS 2 社区还维护了多种语言的客户端库：
- Ada：包含 rcl 绑定、消息生成器、tf2 绑定、示例和教程
- C（rclc）：不覆盖 rcl，而是补充 rcl，使其成为完整的 C 客户端库（详见 micro.ros.org）
- JVM 和 Android：Java 和 Android 绑定
- .NET Core / UWP / C#：包含绑定、代码生成器、示例等
- Node.js（rclnodejs）：提供简洁的 JavaScript API
- Rust：包含 rclrs 客户端库、代码生成器和示例
- Flutter 和 Dart：Flutter 与 Dart 绑定
已停止维护的库： - C#（旧版） - Objective C 和 iOS - Zig
公共功能：rcl¶
客户端库中的大部分功能与编程语言无关（如参数行为、命名空间逻辑）。为避免重复实现，ROS 2 引入了公共核心 ROS 客户端库（rcl）：
- 实现所有语言无关的 ROS 概念逻辑
- 通过 C 接口暴露（因 C 最易被其他语言封装）
- 客户端库只需通过外部函数接口（FFI）包装 rcl 功能
优势： - 减轻客户端库开发负担 - 确保不同语言间行为高度一致 - 核心逻辑变更（如命名空间规则）自动同步到所有客户端库 - 修复 bug 时只需在 rcl 中修改一次
rcl API 文档：链接
语言特定功能¶
需要依赖语言特性的功能不在 rcl 中实现，而由各客户端库自行实现。例如： - “spin” 函数使用的线程模型 - 内存管理策略 - 异步编程模型（如 async/await）
演示¶
如需了解 rclpy 发布者 与 rclcpp 订阅者 之间消息交换的详细过程，请观看 ROSCon 演讲（从 17:25 开始），幻灯片在此。
与 ROS 1 的对比¶
在 ROS 1 中，所有客户端库都是从零开始独立开发的： - 优势：例如 Python 库可完全用 Python 实现，无需编译 - 劣势： - 命名规范和行为不一致 - bug 修复需在多个库中重复进行 - 许多功能仅在单一客户端库中实现（如 UDPROS）
总结¶
通过利用公共核心 ROS 客户端库（rcl），ROS 2 能够：
- 更轻松地开发多种语言的客户端库
- 确保不同语言实现之间行为高度一致
- 显著降低维护成本，提升系统整体可靠性