【ROS2学习笔记】节点篇：ROS 2编程基础

前言

本系列博文是本人的学习笔记，自用为主，不是教程，学习请移步其他大佬的相关教程。主要学习途径为@鱼香ROS大佬的教程，欢迎各位大佬交流学习，若有错误，轻喷。

一、面向对象编程（OOP）基础

面向对象编程是现代语言的核心特性，与 C 语言 "面向过程" 不同，它通过 ** 类（Class）** 对 "事物" 进行封装，类包含：

• 属性：描述事物的特征（如 "人" 的年龄、"手机" 的品牌）。
• 方法：描述事物的行为（如 "人" 吃饭、"手机" 开机）。

1. Python 类的基本创建与使用

（1）定义空类

用 class 关键字定义类，__init__ 是构造方法 （创建对象时自动调用），self 代表类的实例本身。

class PersonNode:
    def __init__(self) -> None:
        pass

（2）添加属性与方法

在 __init__ 中定义属性，用函数定义 "行为方法"。

class PersonNode:
    def __init__(self, name: str, age: int) -> None:
        print('PersonNode 的 __init__ 方法被调用了')
        self.age = age   # 定义"年龄"属性
        self.name = name # 定义"姓名"属性
    
    def eat(self, food_name: str):
        print(f'我叫{self.name}，今年{self.age}岁，我现在正在吃{food_name}')

（3）实例化与调用

创建类的 "对象"，并调用方法。

def main():
    # 实例化 PersonNode（传入姓名、年龄）
    node = PersonNode('法外狂徒张三', 18)
    # 调用 eat 方法（传入食物名）
    node.eat('鱼香肉丝')

2. 类的继承（代码复用）

子类可继承父类的属性和方法，减少重复代码。注意 ：若子类定义了 __init__，需用 super().__init__() 显式调用父类构造方法，否则父类属性不会被初始化。

示例：WriterNode 继承 PersonNode，并新增 "书籍" 属性：

# 从父类模块导入 PersonNode
from demo_python_pkg.person_node import PersonNode

class WriterNode(PersonNode):
    def __init__(self, name: str, age: int, book: str) -> None:
        # 调用父类 PersonNode 的 __init__，初始化 name、age
        super().__init__(name, age)
        self.book = book  # 新增"书籍"属性

def main():
    # 实例化 WriterNode（传入姓名、年龄、书籍）
    node = WriterNode('法外狂徒张三', 18, '张三自传')
    # 调用从父类继承的 eat 方法
    node.eat('鱼香肉丝')

二、让类成为 ROS 2 节点：继承 Node 类

ROS 2 的 Node 类提供了节点的核心能力（如日志输出、话题通信等）。让自定义类继承 Node，就能拥有这些能力，成为真正的 ROS 2 节点。

示例：改造 PersonNode 继承 Node，使用 ROS 2 日志系统：

import rclpy
from rclpy.node import Node  # 导入 Node 类

class PersonNode(Node):
    def __init__(self, node_name: str, name: str, age: int) -> None:
        # 调用父类 Node 的 __init__，传入"节点名"
        super().__init__(node_name)
        self.age = age
        self.name = name
    
    def eat(self, food_name: str):
        # 使用 ROS 2 日志（替代 print）
        self.get_logger().info(f'我叫{self.name}，今年{self.age}岁，我现在正在吃{food_name}')

def main():
    rclpy.init()  # 初始化 rclpy
    # 实例化 PersonNode（传入节点名、姓名、年龄）
    node = PersonNode('person_node', '法外狂徒张三', 18)
    node.eat('鱼香肉丝')
    rclpy.spin(node)  # 让节点保持运行（若有回调逻辑需持续执行）
    rclpy.shutdown()  # 关闭 rclpy

三、多线程与回调函数

• 多线程 ：让程序并行执行（如同时下载多个文件，无需 "等一个完了再下下一个"）。
• 回调函数："事件触发后自动执行的函数"（如下载完成后，自动调用函数处理结果）。

Python 多线程 + 回调示例（下载小说）

利用 threading 库创建线程，requests 库发 HTTP 请求，结合回调函数处理下载结果。

import threading  # 导入线程模块，用于实现多线程功能
import requests   # 导入请求模块，用于发送HTTP请求下载网络内容

class Download:  # 定义Download类，封装下载相关的方法
    def download(self, url, callback):  # 定义下载方法，参数为目标URL和回调函数
        print(f'线程:{threading.get_ident()} 开始下载: {url}')  # 打印当前线程ID和开始下载的URL
        response = requests.get(url)  # 发送GET请求获取URL对应的内容
        response.encoding = 'utf-8'  # 设置响应内容的编码为UTF-8，保证中文等字符正常显示
        callback(url, response.text)  # 下载完成后调用回调函数，传递URL和下载的文本内容
    
    def start_download(self, url, callback):  # 定义启动下载的方法，用于创建新线程执行下载
        # 创建新线程，执行 download 方法
        thread = threading.Thread(target=self.download, args=(url, callback))  # 创建线程，指定目标方法和参数
        thread.start()  # 启动线程，开始执行下载任务

# 定义"下载完成"的回调函数：处理结果
def download_finish_callback(url, result):  # 定义下载完成后的回调函数，参数为URL和下载结果
    print(f'{url}下载完成，共: {len(result)}字，内容为: {result[:5]}...')  # 打印下载完成信息（URL、内容长度、前5个字符预览）

def main():  # 定义主函数，程序执行的入口
    d = Download()  # 创建Download类的实例d
    # 同时下载 3 个文件，都用 download_finish_callback 处理结果
    d.start_download('http://localhost:8000/novel1.txt', download_finish_callback)  # 启动线程下载第一个小说文件
    d.start_download('http://localhost:8000/novel2.txt', download_finish_callback)  # 启动线程下载第二个小说文件
    d.start_download('http://localhost:8000/novel3.txt', download_finish_callback)  # 启动线程下载第三个小说文件

测试准备（本地模拟小说与 HTTP 服务）

在终端执行以下命令，创建小说文件并启动 HTTP 服务：

# 1. 创建 3 个小说文件
echo "第一章 少年踏上修仙路，因诛仙力量被驱逐。" > novel1.txt
echo "第二章 学习修仙，结交朋友，明白责任。" > novel2.txt
echo "第三章 张家杰回村，抵抗邪恶，成为守护者。" > novel3.txt

# 2. 启动 HTTP 服务（端口 8000）
python3 -m http.server

运行代码后，3 个下载任务会并行执行 ，下载完成后自动调用 download_finish_callback 处理结果。

四、小结与点评

本章核心知识点：

• 面向对象编程：掌握 "类、属性、方法、继承"，是 ROS 2 复杂逻辑封装的基础。
• 继承 Node 类：让自定义类成为真正的 ROS 2 节点，获得日志、通信等核心能力。
• 多线程与回调：实现 "并行执行" 与 "事件驱动"，为后续复杂任务（如多传感器数据处理）打基础。

通过本章，你已入门 ROS 2 开发～后续将学习更深入的 "通信、功能包组织" 等内容。