构建系统（ament/colcon）

构建系统（build system）是帮助开发者编译 ROS 2 代码的工具。ROS 2 采用包（package）作为代码组织的基本单元，每个包都包含一个清单文件（package.xml），其中记录了包的元数据以及与其他包的依赖关系。元构建工具（meta-build tool）依赖此清单才能正常工作。

ROS 2 的构建系统由三个核心概念组成。

构建工具（Build tool）

这类工具负责控制单个包的编译和测试。在 ROS 2 中，C++ 通常使用 CMake，Python 通常使用 setuptools，同时也支持其他构建工具。

构建辅助工具（Build helpers）

这些是接入构建工具的辅助函数，旨在改善开发体验。ROS 2 包通常依赖 ament 系列包来提供这些功能。ament 由几个重要的仓库组成，它们都位于 GitHub 组织下。

`ament_package` 包

该仓库位于 GitHub 上的 ament/ament_package，提供了一个 ament Python 包，为其他 ament 包提供各类实用工具，例如环境钩子（environment hooks）模板。

所有 ament 包都必须在其根目录下包含一个 package.xml 文件，无论底层使用什么构建系统。package.xml 清单文件包含了处理该包所需的信息，包括包的全局唯一名称和依赖项。此外，package.xml 还充当标记文件，用于标识包在文件系统中的位置。

package.xml 文件的解析由 catkin_pkg 提供（与 ROS 1 中相同），而通过在文件系统中搜索 package.xml 来定位包的功能，则由 colcon 等构建工具提供。

package.xml

包的清单文件，用于标记包的根目录，并包含包的元信息，包括名称、版本、描述、维护者、许可证、依赖项等。清单内容采用机器可读的 XML 格式，具体规范在 REP 127 和 140 中定义，未来可能通过更多 REP 扩展。

因此，当某个包被称为 ament 包时，意味着它是一个由 package.xml 清单文件描述的独立软件单元（包含源代码、构建文件、测试、文档和其他资源）。

ament package

任何包含 package.xml 并遵循 ament 打包规范的包，无论其底层构建系统是什么。

由于 ament 包这个概念与构建系统无关，因此可以有不同类型的 ament 包，例如 ament CMake 包、ament Python 包等。

以下是你在该软件栈中可能遇到的常见包类型：

CMake package

任何包含普通 CMake 项目和 package.xml 清单文件的包。

ament CMake package

一种 CMake 包，同时遵循 ament 打包规范。

Python package

任何包含基于 setuptools 的 Python 项目和 package.xml 清单文件的包。

ament Python package

一种 Python 包，同时遵循 ament 打包规范。

`ament_cmake` 仓库

该仓库位于 GitHub 上的 ament/ament_cmake，包含多个 “ament CMake” 包和纯 CMake 包，提供了创建 “ament CMake” 包所需的 CMake 基础设施。这里的 “ament CMake” 包指的是使用 CMake 构建的 ament 包。该仓库中的包提供了必要的 CMake 函数/宏和 CMake 模块，方便开发者创建更多的 “ament CMake”（或 ament_cmake）包。这类包通过 package.xml 文件中 <export> 标签内的 <build_type>ament_cmake</build_type> 来标识。

该仓库中的包高度模块化，但有一个名为 ament_cmake 的核心包作为聚合入口。只需依赖 ament_cmake，即可获取该仓库中所有包的聚合功能。以下是该仓库中的包及其简要说明：

ament_cmake
- 聚合该仓库中的所有其他包，用户只需依赖此包即可
ament_cmake_auto
- 提供便捷的 CMake 函数，自动处理编写包的 CMakeLists.txt 文件时许多繁琐的部分
ament_cmake_core
- 为 ament 提供所有内置的核心概念，例如环境钩子、资源索引、符号链接安装等
ament_cmake_gmock
- 为创建基于 gmock 的单元测试添加便捷函数
ament_cmake_gtest
- 为创建基于 gtest 的自动化测试添加便捷函数
ament_cmake_nose
- 为创建基于 nosetests 的 Python 自动化测试添加便捷函数
ament_cmake_python
- 为包含 Python 代码的包提供 CMake 函数
- 参见 ament_cmake_python 用户文档
ament_cmake_test
- 使用 CTest 将不同类型的测试（如 gtest 和 nosetests）聚合到一个单一目标下

ament_cmake_core 包提供了大量 CMake 基础设施，使包与包之间可以通过约定接口干净地传递信息。这种解耦的构建接口提升了包的复用性，也促使不同包的构建系统遵循统一约定。例如，它提供了在包之间传递包含目录、库、定义和依赖项的标准方式，使用者可以按约定直接访问这些信息。

ament_cmake_core 还提供了符号链接安装功能，允许将源空间或构建空间中的文件以符号链接方式安装到安装空间，而非复制。这样只需安装一次，之后编辑非生成文件（如 Python 代码和配置文件）时无需重新运行安装步骤，更改即可立即生效。此功能基本上替代了 catkin 中的 “devel space”，既保留了大部分优点，又规避了其复杂性和缺点。

ament_cmake_core 提供的另一个功能是包资源索引，它允许包声明自己包含某种类型的资源。此功能使得一些常见问题（如”这个前缀（例如 /usr/local）下有哪些包？“）更容易回答，因为只需列出该前缀下某一固定位置的文件即可。更多详情请参阅资源索引的设计文档。

与 catkin 类似，ament_cmake_core 还提供了环境设置文件和针对包的环境钩子。环境设置文件（通常命名为 setup.bash 之类）用于定义使用某个包所需的环境变量。开发者通过”环境钩子”来实现这一点——环境钩子本质上是一段 shell 代码，可以设置或修改环境变量、定义 shell 函数、配置自动补全规则等。例如，ROS 1 就是通过此功能来设置 ROS_DISTRO 环境变量的，而 catkin 本身并不需要了解 ROS 发行版的信息。

`ament_lint` 仓库

该仓库位于 GitHub 上的 ament/ament_lint，提供了多个包，以方便、统一的方式进行代码检查和测试。目前支持的检查工具包括：使用 uncrustify 检查 C++ 代码风格、使用 cppcheck 进行 C++ 静态代码分析、检查源代码中的版权信息、使用 pep8 检查 Python 代码风格等。未来还会继续增加更多辅助包。

元构建工具（Meta-build tool）

这类工具能够对一组包进行拓扑排序，并按照正确的依赖顺序构建或测试它们。它会调用构建工具来执行编译、测试和安装等实际工作。

在 ROS 2 中，用于此目的的工具是 colcon。