《动手学ROS2》3.5.3OOP介绍

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3.4.3 OOP介绍

除了使用上节中的只定义一个main函数就完成编写一个Python节点外，还有另外两种方式。

本节小鱼就来讲一讲出现么多种编写节点的原因，并对其中较为重要的OOP方法进行介绍。

要做机器人离不开计算机编程，而计算机编程经过多年的发展，演变出了三种不同且常用的编程思想，分别是：

1. 面向过程编程思想。缩写：POP
2. 面向对象编程思想。缩写：OOP
3. 函数式思想。缩写：FP

1.Why

为什么了解这些编程思想呢？尤其是OOP。

小鱼遇到过很多同学，在阅读机器人相关开源程序代码时，比如导航框架Nav2、机械臂运动控制框架Moveit时发现，别人的代码，每一行好像都看得懂，但放一起就看不懂了，看别人函数调来调去，很快人就给整蒙了。不知道如何下手。

这其实就是对别人的编程思想不了解造成的，所以本节课小鱼就给提一提常见的三种编程思想，让大家脑子里有个概念，以后遇到了看不明白的程序，知道该往哪个方向去学习。

编程思想博大精深，小鱼这里只是对三种思想的基本介绍。

2.思想辨析

首先明确一件事情，编程是为了什么？

是为了赚钱吗？

不，我们写程序肯定是为了解决实际的问题的，那编程思想编程思想就是解决问题的思路（赚钱工具）

那这三种思想有什么区别呢？

2.1 用三种思想把大象装进冰箱

比如我们想把一只大象装进冰箱，分别用三种思想，我们看看有什么不一样。

2.1.1 面向过程思想

如果我们采用面向过程的思想，可以分为三步：

1. 打开冰箱门
2. 把大象塞进去
3. 关上冰箱门

面向过程编程就是分析出解决问题所需要步骤，然后分别实现每一步，再一步步执行即可。

2.1.2 面向对象思想

面向对象编程思想（OOP）怎么做呢？

那就要先知道面向对象是什么？搞清楚啥是对象？

对象是女朋友吗？答案肯定不是。

任何我们想要探究的事物都可以当作一个对象，比如我们可以把你家的冰箱理解为一个对象，我们就可以研究你家冰箱由哪些部分（指令装置等）组成，你家冰箱能干什么（制冷、调温等）？

接着我们开始下定义，就是取个高大上的名字

冰箱定义举例冰箱的组成部分冰箱的属性制冷器，调温旋钮、灯带等冰箱能干什么冰箱的行为制冷，调温、照明等

对象的行为其实是对其属性的操作，比如对制冷器操作就可以制冷，给灯带通电就可以照明。

对象 = 属性+行为

接着我们开始采用OOP的方法把大象装进冰箱

1. 调用：冰箱->打开门(行为)
2. 调用：冰箱->装东西(行为)
3. 调用：冰箱->关闭门(行为)

看起来和面向过程没啥区别，但我们的思想发生了重大的转变，我们把冰箱当作了一个独立的对象，我们是通过和冰箱这个对象交互完成了整个过程。

接着来看函数式编程

1. 定义关进（冰箱，大象）函数
2. 实现函数：关门(放入(开门(冰箱)，大象))

可以看到多层的函数嵌套调用，这就是函数编程的魅力，因为FP不是我们的机器人学习中的重点，这里就不过多讲解啦！

3.面向对象编程

简单介绍完，我们来说说今天的主角，面向对象编程OOP。

面向对象中有五个重要的概念，理解这五个概念相当于对OOP编程有了了解，下面小鱼一个个来介绍。

3.1 类与对象（抽象与具体）

我们通过调用你家美的冰箱的开门、装东西和关门三个行为来把大象装进冰箱。这时我们可以把你家的美的冰箱（具体的）称之为一个对象，而冰箱（抽象的）就称为一个类。

比如说鱼类和小鱼，鱼类就是一个类，而小鱼就是鱼类（抽象的）中的一个对象（具体的）。

在ROS2设计时这种抽象和具体的思想发挥着非常重要的作用，比如说DDS是有很多厂家的，ROS2为了匹配不同厂家的DDS，就设计除了DDS抽象层，而每一个具体的DDS厂家，我们可以称之为一个DDS的对象，是具体的。

3.2 封装、继承与多态

所谓封装就是将属性和行为封装在一起。上面已经介绍了对象 = 属性+行为，比如冰箱将冰箱的温度值（属性）和对温度值的操作（行为）等封装在一起。

继承，继承可以帮我们减少很多的工作量（比如王撕聪从他爹那里继承了很多钱，这样他就少奋斗了很多年），比如ROS2中的执行器类，通过继承执行器类实现了单线程执行器和多线程执行器，更多具体的例子我们在后续的学习中遇到再说。

多态，其实很简单，我们可以说鲤鱼是鱼类，草鱼是鱼类，章鱼是鱼类。同一个鱼类可以有多种不同的类型，即多态。更多的用法，等到写代码的时候再和小鱼一起解锁

4.如何选择code思想

三种编程思想，我们写程序的时候该如何选择呢?

小鱼个人的拙见是根据你的功能需求来，如果只需要实现一个很简单的功能，比如只是做一个键盘控制器，实现控制小车前进后退，直接采用面向过程的设计思想即可。但如果是做一个稍大的工程，且后续要考虑功能的拓展性，这个时候就需要采用面向对象的思路来了。

那小鱼后续的课程会采用哪一种编程思想呢？

答案是面向对象的方式，原因在于

• 带大家熟悉面向对象的套路有利于大家对ROS2源码和开源代码进行阅读
• 有助于培养大家工程化的能力和模块化的思想

5.总结

下节课小鱼将带大家一起采用面向对象的编程思想重构实现一下李四节点。

参考链接：

-浅谈面向对象的编程思想：如何优雅地把大象装进冰箱？_SYSU_101的博客-CSDN博客

作者介绍：

我是小鱼，机器人领域资深玩家，现深圳某独脚兽机器人算法工程师一枚 初中学习编程，高中开始接触机器人，大学期间打机器人相关比赛实现月入2W+（比赛奖金） 目前在输出机器人学习指南、论文注解、工作经验，欢迎大家关注小智，一起交流技术，学习机器人