在ROS 1中，所有客户端库都是“从头开始”开发的。这允许ROS1的Python客户端库纯粹用Python来实现，这会带来诸如不需要编译代码等好处。但是，不同客户端库之间的命名惯例和行为并不总是一致的，必须在多处进行漏洞修复，而且有很多功能只在一个客户端库中实现（例如UDPROS）。

ROS2希望解决上述问题，实现不特定于具体编程语言的ROS概念的通用功能，因此使用C语言开发了通用的RCL功能库（rcl），来实现不同开发语言间通用功能的统一。ROS2的C ++客户端库（rclcpp）和Python客户端库（rclpy）都是基于RCL中的通用功能库（rcl）开发的。

下图展示了ROS2的代码层次结构，可见，rclcpp和rclpy会依次经过rcl、rmw、dds，实现对DDS的调用。接下来会以talker和listener为例，展示ROS2中基于DDS的消息传输实现方式。

基于Python的Publisher

• 从rclpy到rcl

rcl是ROS2使用C语言编写的通用功能库，C++客户端库rclcpp调用rcl的接口很容易理解，Python客户端库rclpy是如何调用rcl的接口呢。下面展示了从talker.py的publish()到rcl库的rcl_publish()调用流程。

Python中的Publisher类的publish()，调用了self.__publisher.publish()：

self.__publisher为rclpy_implementation.Publisher：

self.__publisher也就是从C库中调用的Publisher类，self.__publisher.publish()最终调用的是rclpy/publisher.cpp中的Publisher::publish()函数，该函数里调用了rcl通用功能库的rcl_publish()：

• 从rcl到rmw

• 从rcl层到rmw层的调用过程，同为C语言，直接调用rmw_publish()即可。
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rcl层调用的rmw_publish()函数为ROS2的rmw_implementation包中的functions.cpp通过RMW_INTERFACE_FN宏定义的rmw_publish()函数，根据RMW_IMPLEMENTATION宏设置的值，动态加载DDS的rmw_publish()函数。例如：RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_cpp时，会调用rmw_fastrtps_cpp包的rmw_publish()函数；RMW_IMPLEMENTATION=rmw_fastrtps_dynamic_cpp时，会调用rmw_fastrtps_dynamic_cpp包的rmw_publish()函数。例子中是Fast DDS的代码包，前者实现的是ROS2消息的静态类型机制，后者实现的是ROS2消息的动态类型机制。

• 从rmw到DDS

从rmw层到DDS的调用过程，rmw_publish()的目的是借助DDS的实时发布-订阅（RTPS）传输机制，将消息发布出去。

rmw是对各家DDS的适配，ROS2对支持的每家DDS的代码实现，都提供了一套rmw接口，应用程序通过调用rmw接口使用DDS通信服务。

ROS2支持过的DDS及对应的rmw实现如下图所示，目前的ROS2代码中有些DDS已经停止支持。本文以ros2/rmw_fastrtps的rmw实现为例，rmw_fastrtps适配的是Fast DDS实现的RTPS传输协议。

假设使用的是Fast DDS，那么上文中调用的rmw_publish()对应rmw_fastrtps的rmw_publish()函数：

Fast DDS同时实现了消息的静态类型机制和动态类型机制，两者的rmw_publish()函数实现是一样的。rmw_publish()函数的传入参数中：publisher对应上一章rclcpp::Publisher创建流程中最后创建的rmw_publisher_t实例，该实例的data->type_support_impl_成员保存了rosidl_message_type_support_t类型中的data成员，这是消息类型的关键信息；ros_message对应要发布的消息实例。

rmw_publish()函数内部调用了rmw_fastrtps_shared_cpp包的__rmw_publish()函数，rmw_fastrtps_shared_cpp是rmw_fastrtps_cpp和rmw_fastrtps_dynamic_cpp中公共接口的实现，用来实现相同代码的复用。

然后进入到rmw_fastrtps_shared_cpp::__rmw_publish()函数，该函数主要将ros_message赋值给了data.data，将publisher->data->type_support_impl_赋值给了data.impl（消息类型的关键信息），最终调用eprosima::fastdds::dds::DataWriter类的write()函数：

实际上会调用DataWriterImpl类的write()函数，其函数内部调用的是create_new_change()函数，进而调用create_new_change_with_params()，进而调用perform_create_new_change()，函数内部会调用TypeSupport类的serialize()函数：

serialize()函数是用来进行消息序列化的，根据is_cdr_buffer变量判断是否是标准CDR格式，根据前面代码可知is_cdr_buffer被赋值为false，会走TypeSupport类的serializeROSmessage()函数，该函数在rmw_fastrtps_cpp和rmw_fastrtps_dynamic_cpp中均有定义，在rmw_fastrtps_dynamic_cpp中的定义位于TypeSupportProxy类，TypeSupportProxy类是TypeSupport类的派生类，在rmw_fastrtps_dynamic_cpp的create_publisher()函数中，创建的是TypeSupportProxy实例，传入的实例是TypeSupportProxy类型时，调用的就是动态类型机制。

       可见，ROS2通过rmw层来调用DDS提供的接口，在替换不同厂家的DDS后，rmw层接口的使用方法虽然没变，但这些接口的实现方式实际上会变为对应该厂家DDS的接口实现。

今天中秋节，祝所有程序猿中秋快乐！