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

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的相關學習資料卻相對缺失，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，結合基本概念、設計思想、工程實踐、調試與應用技巧等多面一體進行闡述，讓讀者能夠快速地掌握ROS 2設計與使用的核心方法，從而實現(xiàn)心中所想。初學者能通過閱讀本書循序漸進地學習并掌握ROS 2的基本功能與應用；具備一定技術基礎的開發(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，并對一些可能會發(fā)生變化的功能和實現(xiàn)進行了提醒。希望能夠引導讀者以發(fā)展的眼光來看待ROS 2，并以發(fā)展的理念來學習并設計自己的項目。希望讀者在實踐學習的過程中，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ROS開源項目的相關規(guī)范和注意事項，目的在于引導讀者在參與開源項目的過程中，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知識和基本使用技巧，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，通過反復閱讀源碼掌握ROS 2的精髓并靈活應用；否則，單純閱讀文檔或是通過某一個或幾個GitHub的項目主頁去了解ROS 2的一些基礎功能的使用方法，無異于管中窺豹。由于ROS 2相關的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，這就導致了如果某個函數(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。所以本書也會夾雜著一些ROS 2源程序代碼的內容，借此做更詳細、更扎實的介紹，以便讀者更好地學習和理解。
由于本書篇幅有限，所以這里并沒有講解基于ROS 2實現(xiàn)的任何一個大型應用框架，而是著重講解ROS 2中的每一個關鍵基礎及其細節(jié)，力求使本書在具備一定廣度的同時也具備一定深度，而不是泛泛地將知識一帶而過。在講述知識的同時，書中也附有大量的源代碼示例幫助讀者理解相關的內容。希望讀者在閱讀此書時也同步進行編程練習，以加深理解。只有通過不斷練習和理解，才能夠真正掌握這些知識。

本書結構
本書共8章，前5章為基礎內容，建議讀者先按照順序完成學習。第6~8章是擴展知識章節(jié)，相對獨立，讀者可挑選感興趣的章節(jié)直接閱讀。
第 1 章將帶領讀者從無到有構建和部署一個完整的ROS 2。ROS 2是一個包括上百個功能包的軟件堆棧，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，本章將會對這些內容進行詳細區(qū)分和講解。
第2章會從ROS 2基礎、基本的單位（功能包和節(jié)點）開始，講解ROS 2是如何實現(xiàn)功能的模塊化抽象的。其中，功能包是ROS 2構建過程中的zui小單位，節(jié)點是ROS 2運行過程中的zui小單位。
第3章將著重介紹節(jié)點的各類體系化的擴展功能，包括日志系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、參數(shù)系統(tǒng)、插件系統(tǒng)和組件系統(tǒng)等。正是由于這些擴展功能的存在，才使得ROS 2能夠適用于各類豐富多樣的應用場景中。
第4章和第5章介紹了ROS 2的基礎通信和擴展通信的內容。所謂基礎通信，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的 service 通信。所謂擴展通信，指的是基于基礎通信開發(fā)的通信模式，如 action 和 tf2 等。
前5章每章的都會有實戰(zhàn)的內容，讀者可以根據(jù)當前章節(jié)講述的內容進行實戰(zhàn)拓展。
第6章是面向調試和測試的實戰(zhàn)內容，其中會介紹ROS 2的一些調試方法和技巧，以及ROS 2中規(guī)范的自動化測試流程及其實現(xiàn)，包括基于 GDB 的調試、基于 rosbag2 的調試和ROS 2的自動化測試程序編寫。
第7章是面向擴展功能的實戰(zhàn)內容。ROS 2的擴展可謂千變萬化，本章僅選擇了具有代表性的三點：面向功能性的擴展構建ROS 2的vendor功能包、面向接口規(guī)范化的擴展使用通用傳感器接口面向診斷功能的擴展diagnostics。
第8章是面向ROS 2產(chǎn)品化的實戰(zhàn)綜述，匯集了作者對ROS 2在實際項目中落地的應用策略和實用建議。在ROS 2的許多公開示例和教程中，以及ROS 2的諸多擴展功能中，大部分都是面向原型機的設計和實現(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困擾。

使用方法和書中約定
建議讀者準備一臺基于x86-64或者ARM64架構的計算機。基于這些計算機，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、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)的計算機上嘗試。
除了學習本書外，ROS官方的一系列網(wǎng)站和平臺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平臺鏈接，相當于導航主頁。l
論壇（discourse.ros.org）：該網(wǎng)站基于開源框架Discourse搭建，是一個純技術類論壇，所有 ROS 相關的發(fā)布、技術討論和公開說明都會在論壇上進行。l
問答平臺（answers.ros.org）：該網(wǎng)站基于開源框架Askbot搭建，是一個問答社區(qū)，任何人都可以在這里發(fā)出有關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，深度探索ROS社區(qū)的每個部分，實際上，不少初學者，甚至經(jīng)驗豐富的工程師，都會忽略社區(qū)的重要性。由于ROS 2是開源軟件，無論是更新大版本，還是修復小問題，都會通過社區(qū)的不同渠道進行發(fā)布和討論。所以作為參與者加入社區(qū)，可以跟進ROS 2大大小小的改動。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，是永遠無法跟上時代zui新步伐的。這與想了解領域內zui新的研究成果需要通過閱讀和發(fā)表論文，以及參與會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
會使用注釋后的…代表省略了不重要的部分，并代表此處應有其他代碼或日志存在。在shell中，#開頭為注釋。l
會使用代表分割線，用于分隔不同指令執(zhí)行后的執(zhí)行結果。l
以$開頭的指令均執(zhí)行自普通權限的用戶，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
會使用注釋后的…代表省略了不重要的部分，并代表此處應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
如果讀者掌握了如下知識，則學習本書會事半功倍。
C 編程基礎：了解基本的面向對象編程和模板即可，能夠了解清楚C 各個版本（03、11、14和 17 等）的不同之處。l
Python 3 的編程基礎。l
機器人學基礎。如果沒有系統(tǒng)學過，可以簡單了解一些空間描述、坐標變換、正運動學和逆運動學相關的知識。l
Linux 系統(tǒng)操作基礎。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。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。當然zui好使用過GitHub，并且了解開源項目運作的基本原理，如了解 issue 和 pull request 等基本概念。l

筆者在開發(fā)鐵蛋（CYBERDOG）項目時與ROS 2結下了不解之緣，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，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章會有講解），也歡迎讀者來社區(qū)交流，為本書或本項目提出寶貴建議和意見。本書還提供了高清學習視頻，讀者可以直接掃描二維碼觀看。