【ROS2】ROS2 C++版本 与 Python版本比较

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ROS2 系列学习教程(总目录)

目前ROS开发主要使用 C++ 和 Python 语言，这里会分别实现并讲解。

相较于ROS1，ROS2的 C++ 和 Python 版本相差比较大。

一、功能包的构建方式

C++：

• 构建系统：通常使用 CMake 或 ament_cmake 作为构建系统。
• 构建文件：需要编写 CMakeLists.txt 文件来描述如何构建C++代码。
• 构建命令：使用 colcon build 命令进行构建，可以指定构建类型（如Release或Debug）和选择构建哪些包。

Python：

• 构建系统：使用 ament_python 作为构建系统。
• 构建文件：需要编写 setup.py 文件来描述如何构建Python包。
• 构建命令：同样使用 colcon build 命令进行构建。

二、功能包组织结构

C++包：

• 描述构建与安装方式的文件（CMakeLists.txt）。
• 元信息文件（package.xml）。
• 公共头文件目录（include）。
• 源代码目录（src）。
• 测试目录（test，可选）

Python包：

• 描述构建与安装方式的文件（setup.py）。
• 元信息文件（package.xml）
• 源代码目录。
• 包的配置文件（setup.cfg，可选）
• 资源文件目录（resource，可选，用于存放特定资源）
• 测试目录（test，可选）

三、代码编写

C++：

• 节点创建：通常通过继承rclcpp::Node类的方式来创建节点对象，这有助于在一个进程内组织多个节点，提高节点间的通信效率。
• 代码组织：C++代码通常按照类的方式进行组织，注重代码的结构和封装。
• 编译要求：C++代码需要编译成可执行文件才能运行。

Python：

• 节点创建：虽然也可以通过实例化rclcpp.Node类的方式来创建节点对象，但更推荐的做法是定义一个Python类并继承rclcpp.Node类。
• 代码组织：Python代码注重简洁和易读性，通常使用函数和类来组织代码。
• 解释执行：Python代码是解释执行的，不需要编译成可执行文件。

四、性能与效率

C++提供了高性能和低层级控制，适合编写复杂的算法和底层系统。而Python则以其简洁和易读性著称，但在性能上可能不如C++。Python的开发效率通常高于C++，因为Python代码更容易编写和调试。然而，这也取决于开发者的个人偏好和熟练程度。

C++：

• 高效性能：C++是一种编译型语言，具有高效性能和低内存占用的特点。在ROS2中使用C++可以充分发挥硬件的性能优势，实现实时控制和高速通信。
• 底层控制：C++提供了对底层硬件和操作系统的直接访问，适合编写需要高性能和低延迟的算法和系统。

Python：

• 简洁性：Python语言简洁易读，易于学习和使用。
• 动态性：Python是一种解释型语言，无需编译，适合快速开发和原型设计。
• 性能提升：Python 3相对于Python 2在性能上有一定的提升，但在实时性和低延迟方面仍不如C++。

五、兼容性

• C++：因为ROS2的许多核心组件和库都是用C++编写的，C++在ROS2中具有很好的兼容性。这使得C++在ROS2中的使用更加广泛和深入。

• Python：ROS2 主要采用 Python3 作为其默认的Python版本。由于 Python3 与 Python2 在某些方面存在一些不兼容的变化，因此在迁移到ROS2时，需要重新编写或调整现有的Python编写的ROS1代码。然而，ROS2提供了针对Python的完整的API，包括用于创建ROS节点、发布和订阅消息、调用和提供服务等功能，这大大降低了迁移的难度。

六、应用场景

C++：

• 实时控制：C++适合编写需要实时控制和高速通信的机器人系统，如自动驾驶汽车、工业机器人等。
• 底层系统：C++适合编写底层系统，如操作系统、驱动程序等。

Python：

• 快速原型设计：Python适合用于快速原型设计和算法验证，因为其易于上手和学习的特点可以缩短开发周期。
• 数据处理与分析：Python拥有丰富的数据处理和分析库，适合用于机器人系统中的数据处理和分析任务。