Top-down和Bottom-up設計方法

Top-down和Bottom-up設計方法

Mar. 12 08:40~10:10

Top-down（由上而下）和Bottom-up（由下而上）是兩種設計與解決問題的技巧。前者對問題先有一個整體的概念，然後再逐步加上設計細節，最後讓整體的輪廓越來越清楚。後者則是先將解決問題可能所需的基本元件、方案給準備好，然後再將這些基本元件組合起來，由小而大最後得到整體。

「由上而下」或「由下而上」這兩種解題方法，有時個別套用便可解決問題，有時則是在思考模式採取「由上而下」，把問題先分析、拆解之後，再採取「由下而上」的方式完成整體實作。

這兩個概念，其實很簡單，資訊相關科系大學生在學習程式設計的時候應該都會學到，沒什麼大不了的。但是其實案情並沒有那麼單純。Teddy在〈如何選擇第一個Pattern來設計軟體架構？〉提到：

Alexander說，套用pattern形成pattern language的精神是一種「整體先於部分，然後透過差異化的過程將整體逐步展開」。

Alexander的pattern language設計方法就是一種「由上而下」的設計方法？鄉民們可能會想：「由上而下就由上而下，那又怎麼樣？」接下來看一下GoF Design Patterns的設計方法。Erich Gamma（GoF的第一作者）在一次訪問中提到：

Alexander had a very ambitious goal which was to create architectures that improve the quality of life. To achieve this Alexander developed a pattern language. This is a set of patterns that build on each other. A pattern language guides a designer's application of individual patterns to the entire design. When we started design patterns we were not that ambitious. We used a more bottom-up approach based on micro-architectures.

以上這段英文請鄉民們花點時間稍微讀一下（保持原汁原味就不解釋了），接下來還有一段：

Rather than coming up with a set of interwoven patterns top-down, micro-architectures are more independent patterns that eventually relate to each other bottom-up. A pattern language guides you through the whole design, whereas we have these little pieces, bites of engineering knowledge. I confess that this is less ambitious, but still very important and useful. (註：micro-architectures就是design patterns)

讀完這兩段英文句子之後，先有一個概念：

Alexander的Pattern/Pattern Language設計方法是一種由上而下的方法，而GoF Design Pattern是一種由下而上的方法。

鄉民甲：那又怎樣啦？！

Alexander認為，如果要完成一個「整體性的設計」，無法經由「由下而上」的組合過程來達到。因為如果沒有先具備「整體」的概念，則「由下而上」的過程最後組裝出來的產品或是設計很可能會「長歪掉」。例如，你想要製造一朵真花，你必須從種子開始培育（由上而下）。如果將花瓣、花蕊、花粉、花蜜等採用由下而上的方式組合起來，你只能得到一朵「人造花」。

在上面第一段英文句子裡面，Gamma說：「Alexander had a very ambitious goal which was to create architectures that improve the quality of life.」Alexander的想法是希望設計可以達到Quality Without A Name的境界，從而改善人類的生活。因此Gamma說Alexander對於「設計」有一個雄心壯志的目標。

GoF Design Pattern則沒有那麼遠大的目標，主要的用途就是解決比較小的設計問題。至於採用「由下而上」的方式套用了一堆Design Pattern之後所形成的「整體」長得如何，是否「完整」，則不是Design Pattern所能或所想要解決的問題。這也是為什麼很多人，尤其是初學者，套用了一堆Design Pattern之後，雖然解決了一些特定的設計問題，但從軟體架構整體來看，設計的品質還有很大的改善空間。

鄉民甲：所以Teddy你的意思是說GoF Design Pattern比較不好？

達摩大師：無所謂好壞，端看造化而定。

Gamma自己評論說道：「I confess that this is less ambitious, but still very important and useful.」雖然GoF Design Pattern不像Alexander的Pattern Language有那麼大的企圖心，但還是很重要且有用的方法。

鄉民甲：Teddy，你搞得我頭好痛啊。

GoF Design Pattern出版至今已快20年了，當初剛出版的時候軟體領域的Pattern被整理出來的還不夠多，無法形成一個「生態系」。所以學習個別Pattern就好像是在「背單字」，至於可以用這些單字來組成何種概念，就只能「兄弟登山，各自努力」，交由個別程式開發人員自己去創造、發現。有些人成功，可以用GoF Design Pattern做出很棒的設計，有些人比較不成功，GoF Design Pattern搞了很久，系統的軟體架構還是長得像「違章建築一樣」。

這20年來，軟體領域的Pattern越來越多，從分析、架構、設計、實作、測試、流程、介面設計等，各種尺度的Pattern已經很完備了。把這「一拖拉庫」的Pattern全部視為一個整體然後由上而下，一個Pattern一個Pattern套用，就很接近Alexander的Pattern Language的境界。也就是說，在設計軟體架構的時候，可以靈活採用「由上而下」、「由下而上」，或是兩者合用的策略。

GoF Design Pattern用了一陣子但是對於設計軟體架構還是覺得力不從心？此為正常現象，因為「Design Pattern就是只是Design Pattern，只解決較小尺度的軟體設計問題，並不是Architecture Pattern」。當「由下而上」的方法卡住時，可以考慮先跳到「半空中」，採取「由上而下」的角度來看問題，說不定卡住的地方一下子就豁然開朗。

友藏內心獨白：我還是不明白啊…Orz。