ROS2 C++ 回调函数 保姆级教程

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摘要

一、回调函数到底是什么？

1.1 普通函数是主动调用

1.2 回调函数是被动调用

1.3 ROS2 为什么大量使用回调函数？

1.4 回调函数和 rclcpp::spin() 的关系

二、Topic 订阅回调函数详解

2.1 Topic 回调函数的作用

2.2 订阅 /cmd_vel 的完整代码

2.3 这段代码的执行流程

2.4 SharedPtr msg 是什么意思？

2.5 为什么是 msg->linear.x？

三、Timer 定时器回调函数详解

3.1 Timer 回调函数的作用

3.2 定时发布 /cmd_vel 的完整代码

3.3 Timer 回调函数什么时候执行？

3.4 Timer 回调为什么没有参数？

四、Service 和 Action 中的回调函数

4.1 Service 服务回调函数的作用

4.2 自定义服务接口示例

4.3 Service 回调函数代码示例

4.4 Service 回调函数什么时候触发？

4.5 Action 中的回调函数简单理解

五、std::bind、this、_1、_2 和常见问题总结

5.1 std::bind 是什么？

5.2 &LimoTopicSub::cmd_callback 是什么意思？

5.3 this 是什么意思？

5.4 _1 和 _2 是什么意思？

5.5 Timer 为什么不需要 _1？

5.6 也可以使用 Lambda 表达式写回调

5.7 常见错误总结

（1）忘记写 rclcpp::spin(node)

（2）Topic 回调参数类型写错

（3）忘记包含

（4）指针访问成员时写成了 .

（5）Service 回调少写 _2

六、总结

摘要

在 ROS2 C++ 开发中，回调函数是一个非常核心的概念。

无论是订阅话题、定时发布消息、处理服务请求，还是执行 Action 任务，都会大量用到回调函数。

很多初学者刚开始学习 ROS2 时，经常会看到下面这种代码：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, std::placeholders::_1)

或者：

this->create_wall_timer(
500ms,
std::bind(&LimoTopicCmd::timer_callback, this)
);

看起来比较复杂，其实本质并不难。

一句话理解：

回调函数就是提前写好的函数，等某个事件发生时，由 ROS2 自动帮我们调用。

本篇文章就围绕 ROS2 C++ 中的回调函数展开，结合 Topic、Timer、Service、Action 几种常见场景，详细讲清楚：

一、回调函数到底是什么？

1.1 普通函数是主动调用

先看一个普通函数：

#include <iostream>

void say_hello()
{
std::cout << "Hello ROS2" << std::endl;
}

int main()
{
say_hello();
return 0;
}

这段代码中，say_hello() 是我们在 main() 函数中主动调用的。

执行流程是：

main 函数开始执行
↓
主动调用 say_hello()
↓
say_hello() 执行
↓
程序结束

也就是说：

普通函数一般是我们自己主动调用。

1.2 回调函数是被动调用

回调函数不一样。

回调函数通常不是我们自己直接调用，而是提前把函数交给 ROS2，当某个事件发生时，ROS2 自动帮我们调用这个函数。

例如订阅 /cmd_vel 话题：

sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10,
std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, std::placeholders::_1)
);

这里的 cmd_callback() 并不是我们自己手动调用的。

它的触发条件是：

/cmd_vel 话题收到新消息
↓
ROS2 自动调用 cmd_callback()
↓
回调函数解析收到的消息

所以可以这样理解：

1.3 ROS2 为什么大量使用回调函数？

ROS2 是机器人通信框架。

机器人程序和普通程序不太一样。

1. 普通程序很多时候是从上往下执行一遍：

第一步
第二步
第三步
程序结束

2. 但是机器人程序需要一直运行，并且随时响应各种事件。

例如：

有没有新的速度指令？
有没有新的雷达数据？
有没有客户端发送服务请求？
有没有新的 Action 目标？
定时器时间到了没有？

这些事件什么时候发生是不固定的。

所以 ROS2 采用了事件驱动的方式：

这就是 ROS2 中回调函数非常重要的原因。

1.4 回调函数和 rclcpp::spin() 的关系

很多初学者写完回调函数后，发现程序没有反应。

其中一个常见原因就是没有写：

rclcpp::spin(node);

一个完整的 ROS2 节点主函数一般是这样：

int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);

auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>();

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return 0;
}

其中：

rclcpp::spin(node);

可以理解为：

让节点一直运行，并且不断检查有没有事件需要处理。

比如：

有没有新的 Topic 消息？
有没有 Timer 到时间？
有没有 Service 请求？
有没有 Action 目标？

如果有事件发生，ROS2 就会自动调用对应的回调函数。

所以：

1. 没有 spin：     节点创建完可能就结束了，回调函数没有机会执行。

2. 有 spin：     节点持续运行，等待事件发生，然后触发回调函数。

二、Topic 订阅回调函数详解

2.1 Topic 回调函数的作用

Topic 订阅回调函数的作用是：

当订阅的话题收到新消息时，自动执行对应的处理逻辑。

例如小车控制中经常使用的话题：

/cmd_vel

消息类型是：

geometry_msgs/msg/Twist

这个话题通常用来发送小车速度指令。

2.2 订阅 /cmd_vel 的完整代码

下面是一个 ROS2 C++ 订阅者节点，用来订阅 /cmd_vel 话题。

#include <memory>
#include <functional>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

using std::placeholders::_1;

class LimoTopicSub : public rclcpp::Node
{
public:
LimoTopicSub() : Node("limo_topic_sub")
{
cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10,
std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)
);

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_sub node has started.");
}

private:
void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)
{
RCLCPP_INFO(this->get_logger(),
"收到速度指令：linear.x = %.2f, angular.z = %.2f",
msg->linear.x,
msg->angular.z);
}

rclcpp::Subscription<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_sub_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);

auto node = std::make_shared<LimoTopicSub>();

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return 0;
}

2.3 这段代码的执行流程

代码运行后，整体流程如下：

程序启动
↓
创建 LimoTopicSub 节点
↓
执行构造函数 LimoTopicSub()
↓
创建 /cmd_vel 订阅者
↓
打印：limo_topic_sub node has started.
↓
进入 rclcpp::spin(node)
↓
等待 /cmd_vel 话题消息
↓
一旦收到 Twist 消息
↓
ROS2 自动调用 cmd_callback()
↓
打印 linear.x 和 angular.z

所以如果一直没有任何节点往 /cmd_vel 发布消息，终端通常只会看到：

[INFO] [limo_topic_sub]: limo_topic_sub node has started.

然后程序不会结束，而是一直卡在这里等待：

rclcpp::spin(node);

因此：

cmd_callback()

不需要我们自己手动调用。

只要 /cmd_vel 收到新消息，ROS2 就会自动调用它。

2.4 SharedPtr msg 是什么意思？

回调函数中有这样一行：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)

可以拆开理解：

geometry_msgs::msg::Twist

表示消息类型是 Twist。

SharedPtr

表示智能指针。

msg

表示变量名。

所以这一行整体意思是：

其中 msg 只是变量名，可以修改。

例如：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr data)
{
RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "linear.x = %.2f", data->linear.x);
}

这样写也是可以的。

只不过 ROS2 代码中习惯写成 msg，因为它一看就知道代表接收到的消息。

2.5 为什么是 msg->linear.x？

因为 msg 是指针，所以访问里面的成员变量时要用：

msg->linear.x
msg->angular.z

而不是：

msg.linear.x
msg.angular.z

简单记：

普通对象访问成员：用 .
指针访问成员：用 ->

所以：

msg->linear.x

可以理解为：

访问 msg 指向的 Twist 消息里面的 linear.x 字段

三、Timer 定时器回调函数详解

3.1 Timer 回调函数的作用

Timer 定时器回调函数用于周期性执行某个任务。

例如：

在 ROS2 小车控制中，经常会用 Timer 定时发布 /cmd_vel 速度指令。

3.2 定时发布 /cmd_vel 的完整代码

下面这个节点会每隔 500ms 执行一次 timer_callback()，并向 /cmd_vel 发布速度消息。

#include <memory>
#include <functional>
#include <chrono>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"

using namespace std::chrono_literals;

class LimoTopicCmd : public rclcpp::Node
{
public:
LimoTopicCmd() : Node("limo_topic_cmd"), count_(0)
{
pub_vel_ = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10
);

timer_ = this->create_wall_timer(
500ms,
std::bind(&LimoTopicCmd::timer_callback, this)
);

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_topic_cmd node has started.");
}

private:
void timer_callback()
{
geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

if (count_ < 4)
{
vel_cmd.linear.x = 0.1;
vel_cmd.angular.z = 0.0;

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "小车前进中…");
}
else
{
vel_cmd.linear.x = 0.0;
vel_cmd.angular.z = 0.0;

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "小车停止。");
}

pub_vel_->publish(vel_cmd);

count_++;
}

rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr pub_vel_;
rclcpp::TimerBase::SharedPtr timer_;

int count_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);

auto node = std::make_shared<LimoTopicCmd>();

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return 0;
}

3.3 Timer 回调函数什么时候执行？

核心代码是：

timer_ = this->create_wall_timer(
500ms,
std::bind(&LimoTopicCmd::timer_callback, this)
);

这段代码的意思是：

执行流程如下：

启动 limo_topic_cmd 节点
↓
创建 /cmd_vel 发布者
↓
创建 500ms 定时器
↓
进入 rclcpp::spin(node)
↓
每隔 500ms 自动触发 timer_callback()
↓
发布一次 Twist 速度消息

所以 Timer 回调函数的特点是：

3.4 Timer 回调为什么没有参数？

Topic 订阅回调一般有参数：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)

因为 Topic 回调需要接收外部传来的消息。

但是 Timer 回调一般没有参数：

void timer_callback()

因为它只是时间到了自动执行，不需要 ROS2 额外传入消息。

所以可以这样区分：

四、Service 和 Action 中的回调函数

4.1 Service 服务回调函数的作用

Service 是一种请求 / 响应通信方式。

它的通信流程是：

客户端发送请求
↓
服务端处理请求
↓
服务端返回响应

在服务端中，负责处理请求的函数就是 Service 回调函数。

例如我们定义一个小车控制服务：

客户端发送 x、y、z
服务端收到后发布 /cmd_vel
最后返回 success

4.2 自定义服务接口示例

假设自定义服务文件为：

limo_msgs/srv/LimoSrv.srv

内容如下：

float32 x
float32 y
float32 z
—
bool success

其中：

— 上面是请求 Request
— 下面是响应 Response

也就是说：

客户端发送：

x
y
z

服务端返回：

success

4.3 Service 回调函数代码示例

#include <memory>
#include <functional>

#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "geometry_msgs/msg/twist.hpp"
#include "limo_msgs/srv/limo_srv.hpp"

using std::placeholders::_1;
using std::placeholders::_2;

class LimoSrvServer : public rclcpp::Node
{
public:
LimoSrvServer() : Node("limo_srv_server")
{
cmd_pub_ = this->create_publisher<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10
);

srv_ = this->create_service<limo_msgs::srv::LimoSrv>(
"/limo_srv",
std::bind(&LimoSrvServer::srv_callback, this, _1, _2)
);

RCLCPP_INFO(this->get_logger(), "limo_srv_server node has started.");
}

private:
void srv_callback(
const std::shared_ptr<limo_msgs::srv::LimoSrv::Request> request,
std::shared_ptr<limo_msgs::srv::LimoSrv::Response> response)
{
geometry_msgs::msg::Twist vel_cmd;

vel_cmd.linear.x = request->x;
vel_cmd.linear.y = request->y;
vel_cmd.angular.z = request->z;

cmd_pub_->publish(vel_cmd);

response->success = true;

RCLCPP_INFO(this->get_logger(),
"收到服务请求：x = %.2f, y = %.2f, z = %.2f",
request->x,
request->y,
request->z);
}

rclcpp::Publisher<geometry_msgs::msg::Twist>::SharedPtr cmd_pub_;
rclcpp::Service<limo_msgs::srv::LimoSrv>::SharedPtr srv_;
};

int main(int argc, char * argv[])
{
rclcpp::init(argc, argv);

auto node = std::make_shared<LimoSrvServer>();

rclcpp::spin(node);

rclcpp::shutdown();

return 0;
}

4.4 Service 回调函数什么时候触发？

这一行代码创建了服务端：

srv_ = this->create_service<limo_msgs::srv::LimoSrv>(
"/limo_srv",
std::bind(&LimoSrvServer::srv_callback, this, _1, _2)
);

意思是：

执行流程如下：

服务端启动
↓
创建 /limo_srv 服务
↓
进入 rclcpp::spin(node)
↓
客户端发送请求
↓
ROS2 自动调用 srv_callback()
↓
服务端读取 request
↓
服务端填写 response
↓
结果返回给客户端

4.5 Action 中的回调函数简单理解

Action 适合处理长时间任务。

例如：

导航到目标点
巡检一段路线
让小车持续运动一段时间
机械臂执行抓取任务

Action 和 Service 的区别是：

Action 服务端常见回调函数有：

Action 客户端常见回调函数有：

所以 Action 中的回调更多，是因为 Action 需要处理完整的任务生命周期。

可以简单理解为：

五、std::bind、this、_1、_2 和常见问题总结

5.1 std::bind 是什么？

在 ROS2 C++ 中，经常会看到这种写法：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

它的作用是：

把类里面的成员函数绑定成 ROS2 可以调用的回调函数。

所以需要告诉 ROS2：

这个回调函数属于哪个类？
用哪个对象来调用？
将来要接收几个参数？

std::bind 就是用来完成这件事的。

5.2 &LimoTopicSub::cmd_callback 是什么意思？

这一部分：

&LimoTopicSub::cmd_callback

表示：

取出 LimoTopicSub 类中的 cmd_callback 成员函数地址

可以理解为：

我要把 LimoTopicSub 这个类里面的 cmd_callback 函数交给 ROS2

5.3 this 是什么意思？

这一部分：

this

表示当前对象。

因为 cmd_callback() 是类里面的成员函数，它必须依赖某一个具体对象才能调用。

例如：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

可以理解为：

使用当前这个 LimoTopicSub 节点对象
去调用它自己的 cmd_callback 函数

也就是说，this 指向当前节点对象。

5.4 _1 和 _2 是什么意思？

_1 完整写法是：

std::placeholders::_1

它是一个占位符。

意思是：

例如 Topic 回调函数：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)

这个函数需要一个参数 msg。

所以绑定时写：

std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

意思是：

Service 回调函数一般有两个参数：

request
response

所以绑定时写：

std::bind(&LimoSrvServer::srv_callback, this, _1, _2)

其中：

_1 对应 request
_2 对应 response

也就是：

客户端请求来了
↓
ROS2 把请求数据放到 _1
↓
ROS2 把响应对象放到 _2
↓
调用 srv_callback(request, response)

5.5 Timer 为什么不需要 _1？

Timer 回调函数一般没有参数：

void timer_callback()

所以绑定时不需要 _1：

std::bind(&LimoTopicCmd::timer_callback, this)

因为 Timer 回调不是接收消息，也不是处理请求。

它只是：

时间到了
↓
自动执行 timer_callback()

所以不需要 ROS2 传入额外参数。

5.6 也可以使用 Lambda 表达式写回调

除了 std::bind，ROS2 C++ 中也可以使用 Lambda 表达式。

Topic 回调可以写成：

```cpp
cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10,
[this](const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)
{
this->cmd_callback(msg);
}
);
```

对比：

cmd_sub_ = this->create_subscription<geometry_msgs::msg::Twist>(
"/cmd_vel",
10,
std::bind(&LimoTopicSub::cmd_callback, this, _1)

Timer 回调可以写成：

```cpp
timer_ = this->create_wall_timer(
500ms,
[this]()
{
this->timer_callback();
}
);
```

对比：

timer_ = this->create_wall_timer(
500ms,
std::bind(&LimoTopicCmd::timer_callback, this)
);

这两种写法本质上都可以。

对初学者来说：

std::bind 写法：ROS2 官方示例中比较常见
Lambda 写法：看起来更直观，参数更清楚

实际项目中，两种写法都能用。

5.7 常见错误总结

（1）忘记写 rclcpp::spin(node)

如果没有写：

rclcpp::spin(node);

节点可能创建完就结束，回调函数不会被触发。

（2）Topic 回调参数类型写错

订阅 /cmd_vel 时，消息类型是：

geometry_msgs::msg::Twist

那么回调函数参数也要对应：

void cmd_callback(const geometry_msgs::msg::Twist::SharedPtr msg)

如果类型不一致，就会编译报错。

（3）忘记包含 <functional>

如果使用了：

std::bind
std::placeholders::_1

就需要包含头文件：

#include <functional>

否则可能会出现 std::bind 未定义的问题。

（4）指针访问成员时写成了 .

错误写法：

msg.linear.x

正确写法：

msg->linear.x

因为 msg 是指针，所以要用 ->。

（5）Service 回调少写 _2

Service 回调一般有两个参数：

request
response

所以绑定时一般要写：

std::bind(&LimoSrvServer::srv_callback, this, _1, _2)

如果只写 _1，参数数量对不上，也会出错。

六、总结

本篇文章主要讲解了 ROS2 C++ 中非常重要的回调函数。

回调函数可以简单理解为：

提前写好的函数，等某个事件发生时，由 ROS2 自动调用。

在 ROS2 中，常见的回调场景包括：

其中：

std::bind

用于把类成员函数绑定成 ROS2 可以调用的回调函数。

this

表示当前节点对象。

_1

表示第一个参数。

_2

表示第二个参数。

再简单总结一句：

• Topic 收消息靠回调
• Timer 定时执行靠回调
• Service 处理请求靠回调
• Action 管理任务过程也靠回调

理解了回调函数，后面学习 ROS2 的 Publisher、Subscriber、Service、Action，就会轻松很多。