一、前言

在机器人系统开发中，ROS2 提供多种节点通信方式，其中话题通信与服务通信是最核心的两种机制。

• 话题通信：发布者持续单向推送数据，订阅者被动接收，不存在应答机制，适合激光雷达、相机等连续流式传感器数据传输；
• 服务通信：采用客户端 / 服务端（C/S）一问一答同步交互模型。客户端主动发起请求，服务端接收请求、执行业务逻辑并返回处理结果，适合单次指令交互场景，例如设备启停、参数查询、运算请求、机械臂定点运动。

很多初学者学习 ROS2 时容易混淆话题与服务的适用场景，同时在自定义.srv接口、客户端服务端交互、编译配置上频繁踩坑。本文严格依照课程实训案例，完整还原需求分析→自定义服务接口→功能包创建→服务端开发→客户端开发→编译配置→运行测试全流程，附带原理剖析、完整源码、运行效果、易错点总结，适合课程作业、实训报告，知识点覆盖全面，逻辑层次完整。

二、案例需求与架构分析

2.1 案例需求

编写 ROS2 服务通信程序，实现整数求和功能：

1. 客户端在终端传入两个整数，作为请求数据发送至服务端；
2. 服务端持续监听服务请求，解析收到的两个数字完成求和运算；
3. 服务端将求和结果封装为响应消息返回客户端；
4. 两端打印日志，直观展示请求、运算、响应全过程。

运行效果：客户端输入100 200，服务端计算后返回结果300。

2.2 服务通信三大核心要素

服务通信模型由 3 部分构成，缺一不可：

1. 客户端 Client：通信发起方，主动创建连接、封装请求数据，等待接收服务端反馈；
2. 服务端 Server：通信监听方，长期运行等待客户端接入，收到请求后触发回调函数处理业务，生成响应数据；
3. 消息载体（.srv 服务接口）：约定客户端与服务端的数据传输格式，使用---分隔两段：
   • 上半段：Request（请求数据，客户端→服务端）
   • 下半段：Response（响应数据，服务端→客户端）

2.3 整体开发流程

1. 创建并编辑.srv自定义服务文件；
2. 修改接口包CMakeLists.txt配置消息编译规则；
3. 创建 C++ 服务功能包，添加对应依赖；
4. 编写服务端源代码；
5. 编写客户端源代码；
6. 修改业务包CMakeLists.txt实现编译安装；
7. 编译工作空间，刷新环境变量；
8. 多终端启动节点，完成功能测试。

三、自定义服务通信接口 AddInts.srv

3.1 创建.srv 文件

在base_interfaces_demo功能包下新建srv文件夹，创建AddInts.srv，写入内容：

文件说明：

• int32 num1、int32 num2：客户端发送的两个加数；
• --- 分隔请求区与响应区；
• int32 sum：服务端计算完成后返回的求和结果。

3.2 配置接口包 CMakeLists.txt

想要编译工具识别.srv并自动生成可供 C++/Python 调用的接口代码，需要配置消息生成器：

若为全新接口包，不能缺少find_package(rosidl_default_generators REQUIRED)；已有 msg 消息的包仅需要在rosidl_generate_interfaces内追加srv/AddInts.srv路径。

3.3 编译接口包

colcon build --packages-select base_interfaces_demo
source install/setup.bash

3.4 接口校验测试

编译完成后执行如下命令，查看接口定义是否生效：

ros2 interface show base_interfaces_demo/srv/AddInts

终端输出内容与AddInts.srv完全一致，则自定义接口编译成功。

四、创建 C++ 服务功能包

进入工作空间src目录，执行命令创建 C++ 功能包：

ros2 pkg create cpp02_service --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp base_interfaces_demo

参数解析：

1. cpp02_service：功能包名称；
2. --build-type ament_cmake：指定编译框架为 C++ 使用的 ament_cmake；
3. rclcpp：ROS2 C++ 客户端库，提供节点、服务、日志、自旋等基础 API；
4. base_interfaces_demo：依赖自定义服务接口包。

五、C++ 服务端代码实现

文件路径：cpp02_service/src/demo01_server.cpp

重点原理剖析

1. create_service<消息类型>("服务名", 回调) 服务名称为字符串常量，属于通信匹配标识，客户端服务名字符串必须完全一致，否则无法建立连接；
2. 回调函数参数 req为只读请求数据指针，读取客户端上传参数；res为响应指针，开发者填充数据后，ROS2 底层自动发送给客户端；
3. rclcpp::spin()自旋机制 ROS2 节点所有消息、服务事件依靠自旋循环处理；若无 spin，节点无法感知客户端请求，回调函数永远不会触发。

六、C++ 客户端代码实现

文件路径：cpp02_service/src/demo02_client.cpp

重点原理剖析

1. wait_for_service()：持续探测对应名称的服务是否存在，解决客户端先行启动而服务端未启动导致通信失败问题；
2. async_send_request()：异步非阻塞发送请求，返回 Future 异步结果对象；
3. spin_until_future_complete()：阻塞节点，直至服务端返回响应，防止提前读取空结果。

七、配置 CMakeLists.txt

打开cpp02_service/CMakeLists.txt，在文件末尾追加编译与安装规则，这是极易遗漏的扣分点：

原理：ament 编译系统不会自动编译 cpp 源码，必须手动声明可执行文件、依赖库以及安装路径；缺少 install 指令时，ros2 run无法检索到节点程序。

八、编译与运行测试

8.1 编译功能包

colcon build --packages-select cpp02_service

8.2 终端 1：启动服务端

8.3 终端 2：启动客户端服务端新增日志：

运行结果和课程截图完全一致，功能验证通过。

九、重难点拓展（拉高分数核心板块）

9.1 话题通信与服务通信对比总结

对比项	话题通信	服务通信
交互模式	单向发布订阅，无应答	双向一问一答，同步应答
数据特征	连续周期性数据流	单次按需交互
启动顺序	发布订阅无强制先后	必须先启动服务端
消息文件	.msg	.srv（区分请求 / 响应）
典型场景	传感器数据传输	指令控制、数值运算、状态查询

9.2 常见问题与故障排查

1. ros2 run 提示找不到可执行文件 原因：CMakeLists 未添加编译安装代码；未执行colcon build；新开终端没有source install/setup.bash。
2. 头文件找不到 add_ints.hpp 原因：接口包base_interfaces_demo没有编译；功能包缺少对应依赖。
3. 客户端长时间无法连接服务端 原因：客户端、服务端填写的服务名字符串不一致，大小写、字符必须完全相同。
4. 客户端参数缺失直接退出 运行指令格式错误，必须传递两个整数参数。

十、实验总结

本次实验完整实现 ROS2 服务通信 C/S 架构，完成从自定义.srv接口、功能包搭建、服务端与客户端编码、编译部署到功能验证整套工程流程。

1. 掌握.srv服务接口的语法规则、编译配置与校验方式；
2. 理解服务通信一问一答交互模型，能够区分服务通信与话题通信适用场景；
3. 掌握 C++ 服务端创建服务、回调处理请求的标准开发模板；
4. 掌握 C++ 客户端连接服务、异步发送请求、接收响应的实现方式；
5. 熟悉 ROS2 ament 编译体系，能够独立编写 CMakeLists.txt 配置，并且自主排查编译、节点通信相关故障。

服务通信是机器人指令交互不可或缺的通信手段，本次两数求和案例的代码框架具备通用性，稍加修改即可应用于电机控制、传感器参数读取、任务指令下发等真实机器人工程项目。