BT12:从xml创建加载行为树的过程分析
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本文主要分析BehaviorTree.CPP/src/xml_parsing.cpp的内容,因为函数代码都很长,就省略了代码,大家可以与源文件对照理解。搞清楚行为树的解析、加载、构建过程,有利于对其设计思路有更深刻的理解,但是对行为树的使用影响不大,可以跳过。
我认为行为树的精华在于blackboard的设计,实现了节点间、树间的数据共享,但代码层次较深,理解花费时间较多,待以后补充,大家可以期待一下。
1、BehaviorTreeFactory::createTreeFromText()
树的加载和创建由createTreeFromText() 实现,该函数的第2个参数具有默认参数,即初创建的blackboard,是一个局部变量,但是由智能指针指向它。因此,只要引用计数大于0,该变量仍然不会释放,可以访问得到。
Tree createTreeFromText(const std::string& text,Blackboard::Ptr blackboard = Blackboard::create());
Tree BehaviorTreeFactory::createTreeFromText(const std::string& text,Blackboard::Ptr blackboard) {XMLParser parser(*this);// 加载和解析文本,检查各项元素是否符合BT的概念要求。parser.loadFromText(text);// 创建树和所有节点的实例,构造好树之间、节点之间的父子关系,port的映射关系等。auto tree = parser.instantiateTree(blackboard);// 将树的节点信息绑定给树实例变量tree.manifests = this->manifests();return tree;
}
createTreeFromText() 主要有3部分。其中的manifests包含了树的所有节点类型信息,其实节点的builder和manifest在树建立之前已经通过register函数传给factory变量了。
template <typename T>
void registerNodeType(const std::string& ID, PortsList ports) {...registerBuilder(CreateManifest<T>(ID, ports), CreateBuilder<T>());
}
void BehaviorTreeFactory::registerBuilder(const TreeNodeManifest& manifest,const NodeBuilder& builder) {auto it = builders_.find(manifest.registration_ID);if (it != builders_.end()) {throw BehaviorTreeException("ID [", manifest.registration_ID,"] already registered");}builders_.insert({manifest.registration_ID, builder});manifests_.insert({manifest.registration_ID, manifest});
}
2、XMLParser::loadFromText()
具体由XMLParser::Pimpl::loadDocImpl()执行,主要有如下几个步骤。
- 第1个for循环,递归加载本xml中所include的子树xml文件,先加载子树,再加载外层树,相当于深度优先搜索。
- 第2个for循环,遍历本xml文件中的树的名称或ID(相当于树的根节点),保存在类XMLParser::Pimpl的成员变量tree_roots中。
- 第3、4个for循环,将构造树之前就注册的所有节点,和2中读取的树的根节点,都存入局部变量std::set<std::string> registered_nodes; 然后将其传入VerifyXML()。
- VerifyXML()负责检查树的设计要求是否满足。检查项有:
- TreeNodesModel标签是否合法,主要用于Groot可视化。
- 各种node的子节点数量是否合法,是否有ID。比如ControlNode至少有1个子节点,DecoratorNode只有1个子节点,Subtree没有子节点。
- 是否有未注册的不认识的节点。
- 针对非subtree节点进行递归检查。
- 是否指定main_tree_to_execute 标签。如果有多个BehaviorTree,则必须指定main_tree_to_execute,如果只有1个BehaviorTree,就不需要指定。
3、XMLParser::instantiateTree()
分为2个部分。
- 构造了行为树的实例——局部变量output_tree,将传入的blackboard(即上文创建的智能指针指向的blackboard)保存入 output_tree.blackboard_stack。
- 调用recursivelyCreateTree(),传入主树(最外层树)的ID、tree局部变量、blackboard(还是刚才同一个智能指针)、TreeNode指针(空指针nullptr,作为根节点)。
Tree XMLParser::instantiateTree(const Blackboard::Ptr& root_blackboard) {Tree output_tree;...// first blackboardoutput_tree.blackboard_stack.push_back(root_blackboard);_p->recursivelyCreateTree(main_tree_ID, output_tree, root_blackboard,TreeNode::Ptr());return output_tree;
}
接下来对recursivelyCreateTree()展开分析。
4、XMLParser::Pimpl::recursivelyCreateTree()
函数内递归执行recursiveStep(),注意第1个参数是父节点。
void BT::XMLParser::Pimpl::recursivelyCreateTree(const std::string& tree_ID, Tree& output_tree, Blackboard::Ptr blackboard,const TreeNode::Ptr& root_parent) {std::function<void(const TreeNode::Ptr&, const XMLElement*)> recursiveStep;recursiveStep = [&](const TreeNode::Ptr& parent, const XMLElement* element) {...};auto root_element = tree_roots[tree_ID]->FirstChildElement();// start recursionrecursiveStep(root_parent, root_element);
}
recursiveStep()分为3部分。
- 调用XMLParser::Pimpl::createNodeFromXML()创建节点实例,将该实例保存在树的std::vector<TreeNode::Ptr> nodes 成员变量中。
- 如果该节点是SUBTREE类型的,细分SubtreeNode和SubtreePlusNode来处理。
如果是SubtreeNode,就根据__shared_blackboard的值来创建blackboard,并添加映射信息,然后递归调用recursivelyCreateTree()来创建子树。
如果是SubtreePlusNode,就根据__autoremap的值来创建blackboard的port的映射,然后递归调用recursivelyCreateTree()来创建子树。
- 如果该节点不是SUBTREE类型的,递归调用recursiveStep(),并把该节点作为接下来待创建节点的父节点。如果该节点没有其他包含的元素了,就不再递归了,从recursiveStep()返回,进而从recursivelyCreateTree()返回,进而从instantiateTree() 返回。
5、createNodeFromXML()
- 对非subtree的节点,将port映射的key和value保存入局部变量PortsRemapping port_remap。
- 对于有remap的节点,在blackboard中通过Blackboard::setPortInfo() 添加port映射信息, 并在父树的blackboard的相同key也保存相同port信息。基于此,实现了父子树之间的blackboard对相同key的同一性关联。
- 使用manifest中保存的信息,初始化NodeConfiguration。即在NodeConfiguration的input_ports和output_ports集合中添加存在外部映射的port。
- 对于不存在外部映射的port,对其中的InputPort赋默认值,并存入NodeConfiguration的input_ports集合中。
- config构造完成,调用 instantiateTreeNode() 来实例化子节点。
- 若传入的父节点有效,根据父节点的类型,为其添加子节点。
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