前言
歡迎閱讀本書！
本書將帶領(lǐng)讀者了解ROS 2的方方面面，幫助讀者從0到1掌握ROS 2的編程知識(shí)。

本書編寫目的
ROS 2的悄然興起，帶來了許多令人興奮的新功能，但與 ROS 相比，ROS 2的相關(guān)學(xué)習(xí)資料卻相對缺失，中文資料更是如此。我們成書的目的在于提供一本較為通用的ROS 2編程資料，結(jié)合基本概念、設(shè)計(jì)思想、工程實(shí)踐、調(diào)試與應(yīng)用技巧等多面一體進(jìn)行闡述，讓讀者能夠快速地掌握ROS 2設(shè)計(jì)與使用的核心方法，從而實(shí)現(xiàn)心中所想。初學(xué)者能通過閱讀本書循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)并掌握ROS 2的基本功能與應(yīng)用；具備一定技術(shù)基礎(chǔ)的開發(fā)者，也能通過閱讀本書獲得新的見解和啟發(fā)，從而得到提升。
全書貫穿了ROS 2是持續(xù)發(fā)展的這一概念，并對一些可能會(huì)發(fā)生變化的功能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了提醒。希望能夠引導(dǎo)讀者以發(fā)展的眼光來看待ROS 2，并以發(fā)展的理念來學(xué)習(xí)并設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目。希望讀者在實(shí)踐學(xué)習(xí)的過程中，不要過度拘泥于軟件的版本與環(huán)境，甚至不拘泥于現(xiàn)有的功能，這就是開源的魅力所在。本書還在講解中貫穿介紹有關(guān)ROS開源項(xiàng)目的相關(guān)規(guī)范和注意事項(xiàng)，目的在于引導(dǎo)讀者在參與開源項(xiàng)目的過程中，遵守基本的規(guī)則，共建良好的開源環(huán)境。
在嘗試使用ROS 2的過程中，筆者尋找過諸多資源。期間也發(fā)現(xiàn)了很多優(yōu)秀的英文資料，包括ROS 2的官方文檔、ROS Discourse論壇上熱心開發(fā)者分享的資料，以及 GitHub社區(qū)的項(xiàng)目README和issue。雖然這些資料都提供了足夠凝練且概括性的基礎(chǔ)知識(shí)和基本使用技巧，但是這些資料都過于片面化或淺顯化，零零散散不成體系，除非開發(fā)者能夠以此為引，通過反復(fù)閱讀源碼掌握ROS 2的精髓并靈活應(yīng)用；否則，單純閱讀文檔或是通過某一個(gè)或幾個(gè)GitHub的項(xiàng)目主頁去了解ROS 2的一些基礎(chǔ)功能的使用方法，無異于管中窺豹。由于ROS 2相關(guān)的API網(wǎng)站是直接通過Doxygen生成的，所以也并沒有給出除注釋之外的介紹和講解，這就導(dǎo)致了如果某個(gè)函數(shù)接口沒有注釋且沒有文檔介紹，那么了解其中的含義的途徑便只有閱讀源碼了。所以本書也會(huì)夾雜著一些ROS 2源程序代碼的內(nèi)容，借此做更詳細(xì)、更扎實(shí)的介紹，以便讀者更好地學(xué)習(xí)和理解。
由于本書篇幅有限，所以這里并沒有講解基于ROS 2實(shí)現(xiàn)的任何一個(gè)大型應(yīng)用框架，而是著重講解ROS 2中的每一個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)及其細(xì)節(jié)，力求使本書在具備一定廣度的同時(shí)也具備一定深度，而不是泛泛地將知識(shí)一帶而過。在講述知識(shí)的同時(shí)，書中也附有大量的源代碼示例幫助讀者理解相關(guān)的內(nèi)容。希望讀者在閱讀此書時(shí)也同步進(jìn)行編程練習(xí)，以加深理解。只有通過不斷練習(xí)和理解，才能夠真正掌握這些知識(shí)。

本書結(jié)構(gòu)
本書共8章，前5章為基礎(chǔ)內(nèi)容，建議讀者先按照順序完成學(xué)習(xí)。第6~8章是擴(kuò)展知識(shí)章節(jié)，相對獨(dú)立，讀者可挑選感興趣的章節(jié)直接閱讀。
第 1 章將帶領(lǐng)讀者從無到有構(gòu)建和部署一個(gè)完整的ROS 2。ROS 2是一個(gè)包括上百個(gè)功能包的軟件堆棧，所謂安裝ROS 2大部分指的是安裝ROS 2的 Core、Base 或 Desktop 版本的集合，本章將會(huì)對這些內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)區(qū)分和講解。
第2章會(huì)從ROS 2基礎(chǔ)、基本的單位（功能包和節(jié)點(diǎn)）開始，講解ROS 2是如何實(shí)現(xiàn)功能的模塊化抽象的。其中，功能包是ROS 2構(gòu)建過程中的zui小單位，節(jié)點(diǎn)是ROS 2運(yùn)行過程中的zui小單位。
第3章將著重介紹節(jié)點(diǎn)的各類體系化的擴(kuò)展功能，包括日志系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、參數(shù)系統(tǒng)、插件系統(tǒng)和組件系統(tǒng)等。正是由于這些擴(kuò)展功能的存在，才使得ROS 2能夠適用于各類豐富多樣的應(yīng)用場景中。
第4章和第5章介紹了ROS 2的基礎(chǔ)通信和擴(kuò)展通信的內(nèi)容。所謂基礎(chǔ)通信，指的是ROS 2中基本的通信單位，即基于發(fā)布訂閱模式的 topic 通信和基于主從式架構(gòu)的 service 通信。所謂擴(kuò)展通信，指的是基于基礎(chǔ)通信開發(fā)的通信模式，如 action 和 tf2 等。
前5章每章的都會(huì)有實(shí)戰(zhàn)的內(nèi)容，讀者可以根據(jù)當(dāng)前章節(jié)講述的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)拓展。
第6章是面向調(diào)試和測試的實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容，其中會(huì)介紹ROS 2的一些調(diào)試方法和技巧，以及ROS 2中規(guī)范的自動(dòng)化測試流程及其實(shí)現(xiàn)，包括基于 GDB 的調(diào)試、基于 rosbag2 的調(diào)試和ROS 2的自動(dòng)化測試程序編寫。
第7章是面向擴(kuò)展功能的實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容。ROS 2的擴(kuò)展可謂千變?nèi)f化，本章僅選擇了具有代表性的三點(diǎn)：面向功能性的擴(kuò)展構(gòu)建ROS 2的vendor功能包、面向接口規(guī)范化的擴(kuò)展使用通用傳感器接口面向診斷功能的擴(kuò)展diagnostics。
第8章是面向ROS 2產(chǎn)品化的實(shí)戰(zhàn)綜述，匯集了作者對ROS 2在實(shí)際項(xiàng)目中落地的應(yīng)用策略和實(shí)用建議。在ROS 2的許多公開示例和教程中，以及ROS 2的諸多擴(kuò)展功能中，大部分都是面向原型機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，這也使得許多工程師在ROS 2的落地過程屢屢碰壁，本章旨在幫助讀者解決這個(gè)困擾。

使用方法和書中約定
建議讀者準(zhǔn)備一臺(tái)基于x86-64或者ARM64架構(gòu)的計(jì)算機(jī)�；�于這些計(jì)算機(jī)，讀者便可以在其中嘗試本書所講述的所有功能，并且可以在不同架構(gòu)、不同操作系統(tǒng)、不同版本操作系統(tǒng)，甚至不同版本編譯器和解釋器的操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上嘗試。
除了學(xué)習(xí)本書外，ROS官方的一系列網(wǎng)站和平臺(tái)都是值得讀者瀏覽和了解的，包括：
主頁（ros.org）：該網(wǎng)頁匯總了主要的ROS平臺(tái)鏈接，相當(dāng)于導(dǎo)航主頁。l
論壇（discourse.ros.org）：該網(wǎng)站基于開源框架Discourse搭建，是一個(gè)純技術(shù)類論壇，所有 ROS 相關(guān)的發(fā)布、技術(shù)討論和公開說明都會(huì)在論壇上進(jìn)行。l
問答平臺(tái)（answers.ros.org）：該網(wǎng)站基于開源框架Askbot搭建，是一個(gè)問答社區(qū)，任何人都可以在這里發(fā)出有關(guān)ROS的提問，也可在這里回答任何人提出的問題。l
文檔（docs.ros.org）：該網(wǎng)站收集了ROS 2的所有重要文檔，包括當(dāng)下長期支持版本和開發(fā)版本，以及開發(fā)文檔和API文檔等。l
希望讀者在閱讀本書的同時(shí)，深度探索ROS社區(qū)的每個(gè)部分，實(shí)際上，不少初學(xué)者，甚至經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，都會(huì)忽略社區(qū)的重要性。由于ROS 2是開源軟件，無論是更新大版本，還是修復(fù)小問題，都會(huì)通過社區(qū)的不同渠道進(jìn)行發(fā)布和討論。所以作為參與者加入社區(qū)，可以跟進(jìn)ROS 2大大小小的改動(dòng)。這樣可以從根本上了解到ROS 2的方方面面，如新特性的從無到有，或某些功能的不足之處等。所以，如果只是一味地看書、讀博客和參閱二手翻譯的文章，是永遠(yuǎn)無法跟上時(shí)代zui新步伐的。這與想了解領(lǐng)域內(nèi)zui新的研究成果需要通過閱讀和發(fā)表論文，以及參與會(huì)議交流是異曲同工的。

本書對于代碼有一些特別的約定
1. 在普通的腳本代碼中
會(huì)使用注釋后的…代表省略了不重要的部分，并代表此處應(yīng)有其他代碼或日志存在。在shell中，#開頭為注釋。l
會(huì)使用代表分割線，用于分隔不同指令執(zhí)行后的執(zhí)行結(jié)果。l
以$開頭的指令均執(zhí)行自普通權(quán)限的用戶，以#開頭的指令均執(zhí)行自超級用戶（root）。l
2. 在程序源代碼中
會(huì)使用注釋后的…代表省略了不重要的部分，并代表此處應(yīng)有其他代碼或日志存在。在C 中，以//開頭為注釋；在Python中，以#開頭為注釋。

前置知識(shí)
如果讀者掌握了如下知識(shí)，則學(xué)習(xí)本書會(huì)事半功倍。
C 編程基礎(chǔ)：了解基本的面向?qū)ο缶幊毯湍０寮纯�，能夠了解清楚C 各個(gè)版本（03、11、14和 17 等）的不同之處。l
Python 3 的編程基礎(chǔ)。l
機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)。如果沒有系統(tǒng)學(xué)過，可以簡單了解一些空間描述、坐標(biāo)變換、正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)的知識(shí)。l
Linux 系統(tǒng)操作基礎(chǔ)。能夠使用簡單的指令，如 cd、ls、mkdir、cat、grep 和 find 等。l
版本管理基礎(chǔ)。了解如何使用 GIT 工具管理軟件的版本，如如何拉取、提交和合并。當(dāng)然zui好使用過GitHub，并且了解開源項(xiàng)目運(yùn)作的基本原理，如了解 issue 和 pull request 等基本概念。l

筆者在開發(fā)鐵蛋（CYBERDOG）項(xiàng)目時(shí)與ROS 2結(jié)下了不解之緣，自此也深知開源對于人類科技發(fā)展的重要性。ROS 生態(tài)能有今天的盛況，完全得益于開源，我們希望未來持續(xù)為開源做出貢獻(xiàn)，也希望廣大讀者能加入其中，為人類的未來添磚加瓦。
本書有大量的代碼需要讀者去嘗試，并且已經(jīng)將代碼開源至GitHub的homalozoa/ros2_for_beginners_code（這是對GitHub開源倉庫的一種縮寫，在第1章會(huì)有講解），也歡迎讀者來社區(qū)交流，為本書或本項(xiàng)目提出寶貴建議和意見。本書還提供了高清學(xué)習(xí)視頻，讀者可以直接掃描二維碼觀看。