6장 타입스크립트 컴파일

타입스크립트가 웹에서 실행되려면 먼저 자바스크립트로 바뀌어야 한다. 이 장에서는 타입스크립트가 실행되는 전반적인 흐름을 살펴보고, 타입스크립트 컴파일러의 주요 역할과 구조에 대해 알아본다. 그리고 실제로 어떻게 컴파일하는지를 확인해본다.

6.1 자바스크립트의 런타임과 타입스크립트의 컴파일

6.1.1 런타임과 컴파일타임

• 프로그래밍 언어는 일반적으로 고수준과 저수준 언어로 구분할 수 있다. 고수준 언어는 사람이 이해하기 쉬운 형식으로 작성되며, 저수준 언어는 컴퓨터가 이해하기 쉬운 형식으로 작성된다. 자바스크립트는 대표적인 고수준 언어에 속하며 컴파일러나 인터프리터에 의해 저수준 프로그래밍 언어 즉, 기계가 이해할 수 있는 언어로 번역되어 실행된다.
• 컴파일타임은 소스코드가 컴파일 과정을 거쳐 컴퓨터가 인식할 수 있는 기계어(=바이트 코드)로 변환되어 실행할 수 있는 프로그램이 되는 과정을 의미한다.
• 소스코드의 컴파일이 완료되면 프로그램이 메모리에 적재되어 실행되는데 이 시간을 런타임이라고 한다. 즉, 런타임은 컴파일 과정을 마친 응용 프로그램이 사용자에 의해 실행되는 과정이다.

6.1.2 자바스크립트 런타임

• 자바스크립트 런타임은 자바스크립트가 실행되는 환경을 의미한다. 대표적인 자바스크립트 런타임으로 크롬이나 사파리 같은 인터넷 브라우저와 Node.js 등이 있다.

6.1.3 타입스크립트의 컴파일

• 일반적으로 컴파일은 추상화 단계가 다른 고수준 언어에서 저수준 언어로 변환되는 과정을 가리 킨다.
• 타입스크립트는 tsc라고 불리는 컴파일러를 통해 자바스크립트 코드로 변환된다. 하지만 타입스크립트는 고수준 언어가 저수준 언어로 변환되는 것이 아니라 고수준 언어（타입스크립트）가 또 다른 고수준 언어 （자바스크립트）로 변환되는 것이기 때문에 컴파일이 아닌 트랜스파일(Transpile)이라고 부르기도 한다.
• 타입스크립트 컴파일러는 소스코드를 해석하여 AST(Abstract Syntax Tree, 최소구문 트리）를만들고 이후 타입 확인을거친다음에 결과 코드를 생성한다.
• 타입스크립트 컴파일러가 소스코드를 컴파일하여 프로그램이 실행되기 까지의 과정을 정리하면 다음과 같다.
  • 타입스크립트 소스코드를 타입스크립트 AST로 만든다.（tsc）
  • 타입 검사기가 AST를 확인하여 타입을 확인한다.（tsc）
  • 타입스크립트 AST 자바스크립트 소스로 변환한다.（tsc）
  • 자바스크립트 소스코드를 자바스크립트 AST로 만든다.（런타임）
  • AST가 바이트 코드로 변환된다.（런타임）
  • 런타임에서 바이트 코드가 평기되어 프로그램이 실행된다.（런타임）
• 이때 타입스크립트 소스코드의 타입은 1〜2단계에서만 사용된다. 즉, 개발자가 작성한 타입 정보는 단지 타입을 확인하는 데만 쓰이며, 최종적으로 만들어지는 프로그램에는 아무런 영향을 주지 않는다.
• 타입스크립트는 컴파일타임에 타입을 검사하기 때문에 에러가 발생하면 프로그램이 실행되지않는다. 이러한 특징 때문에 타입스크립트를 컴파일타임에 에러를 발견할 수 있는 정적 타입 검사기라고 부른다.

6.2 타입스크립트 컴파일러의 동작

• 타입스크립트 컴파일러는 타입스크립트 소스가 자바스크립트 소스로 변환되는 모든 과정에 영향을 준다. 이절에서는 타입스크립트 컴파일러의 주요 역할에 대해 살펴볼 것이다.

6.2.1 코드 검사기로서의 타입스크립트 컴파일러

• 타입스크립트 컴파일러는 코드에 타입 오류가 없는지를 확인한다. 타입스크립트에서는 컴파일 타임에 코드 타입을 확인하기 때문에 코드를 실행하지 않고도 오류가 있다는 것을 바로 알 수 있다.
• 타입스크립트는 코드를 실행하기 전에 에러를 사전에 발견하여 알려준다. 자바스크립트에서는 런타임에서 발견할 수 있는 에러를, 타입스크립트에서는 컴파일타임에 발견하여 실행 과정에서 발생할 수 있는 문제를 방지한다.
• 타입스크립트 컴파일러는 tsc binder를 사용하여 타입 검사를 하며, 컴파일타임에 타입 오류를 발견한다. 타입 검사를 거쳐 코드를 안전하게 만든 이후에는 타입스크립트 AST를 자바스크립트로 코드로 변환한다.

6.2.2 코드 변환기로서의 타입스크립트 컴파일러

• 타입스크립트 컴파일러는 타입을 검사한 다음에 타입스크립트 코드를 각자의 런타임 환경에서 동작할 수 있도록 구버전의 자바스크립트로 트랜스파일한다. 이것이 타입스크립트 컴파일러의 두 번째 역할이다.
• 다음 예시는 타입스크립트 컴파일러가 타입스크립트 파일을 자바스크립트로 변환한 결과를 보여준다. 타입스크립트 컴파일러의 target 옵션을 사용하여 특정 버전의 자바스크립트 소스코드로 컴파일할 수 있다. 여기에서는 ES5로 설정했다.

type Fruit = "banana" | "watermelon" | "orange" | "apple" | "kiwi" | "mango";
const fruitBox： Fruit[] = ["banana", "apple", "mango"]；
const welcome = (name: string) => {
  console.log(`hi! ${name} ：)`);
}；

"use strict";
var fruitBox = ["banana", "apple", "mango"];
var welcome = function (name) {
console.log("hi! ".concat(name, " ：)"));
};

• 타입스크립트가 자바스크립트로 컴파일되어야 브라우저는 코드를 비로소 이해하고 정상적=실행할 수 있다.
• 타입스크립트 컴파일러는 타입 검사를 수행한 후 코드 변환을 시작하는데, 이때 타입 오류가 있더라도 일단 컴파일을 진행한다. 타입스크립트 코드가 자바스크립트 코드로 변환되는 과정은 타입 검사와 독립적으로 동작하기 때문이다. 타입스크립트 코드의 타이핑이 잘못되어 발생하는 에러는 자바스크립트 실행 과정에서 런타임 에러로 처리된다.
• 컴파일된 코드가 실행되고 있는 런타임에서는 타입 검사를 할 수 없기 때문에 주의해야 하는 경우도 있다. 다음 예시를 살펴보자.

interface Square {
  width： number;
}
interface Rectangle extends Square {
  height: number;
}

type Shape = Square | Rectangle;
function calculateArea(shape： Shape) {
  if (shape instanceof Rectangle) {
    // 'Rectangle' only refers to a type, but is being used as a value here
    // Property 'height' does not exist on type 'Shape'
    // Property 'height' does not exist on type 'Square'
    return shape.width * shape.height;
  } else {
    return shape.width * shape.width;
  }
}

• instanceof 체크는 런타임에 실행되지만 Rectangle은 타입이기 때문에 자바스크립트 런타임은 해당 코드를 이해하지 못한다. 타입스크립트 코드가 자바스크립트로 컴파일되는 과정에서 모든 인터페이스, 타입, 타입 구문이 제거되어 버리기 때문에 런타임에서는 타입을 사용할 수없다.
• 정리하면 타입스크립트 컴파일러의 역할을 크게 2가지로 나눌 수 있다.
  • 최신 버전의 타입스크립트 - 자바스크립트 코드를 구버전의 자바스크립트로 트랜스파일한다.
  • 코드의타입 오류를 검사한다.

6.3 타입스크립트 컴파일러의 구조

• 타입스크립트 소스코드가 자바스크립트로 변환되기까지 많은 일이 일어난다. 이제 실제 타입스크립트 컴파일러의 구성 요소를 훑어보며 타입스크립트 컴파일러의 동작 방식을 이해해보자.
• 컴파일러는 하나의 프로그램으로 이를 구현한 소스 파일이 존재한다.
• 타입스크립트 컴파일러는 다섯 단계를 거쳐 타입 검사와 자바스크립트 소스 변환을 진행한다.

6.3.1 프로그램

• 타입스크립트 컴파일러는 tsc 명령어로 실행된다. 컴파일러는 tsconfig.json에 명시된 컴파일 옵션을 기반으로 컴파일을 수행한다.
• 먼저 전체적인 컴파일 과정을 관리하는 프로그램 객체（인스턴스）가 생성된다. 이 프로그램 객체는 컴파일할 타입스크립트 소스 파일과 소스 파일 내에서 임포트된 파일을 불러오는데, 가장 최초로 불러온 파일을 기준으로 컴파일 과정이 시작된다.

6.3.2 스캐너

• 타입스크립트 소스를 자바스크립트로 변환하기 위한 첫 번째 단계는 스캐너이다. 스캐너는 타입스크립트 소스 파일을 어휘적으로 분석하여 토큰을 생성하는 역할을 한다.
• 다시 말해 소스코드를 작은 단위로 나누어 의미 있는 토큰으로 변환하는 작업을 수행한다.

6.3.3 파서

• 스캐너가 소스 파일을 토큰으로 나눠주면 파서는 그 토큰 정보를 이용하여 AST를 생성한다.
• AST는 컴파일러가 동작하는 데 핵심 기반이 되는 자료 구조로, 소스코드의 구조를 트리 형태로 표현한다. AST의 최상위 노드는 타입스크립트 소스 파일이며, 최하위 노드는 파일의 끝 지점으로 구성된다.
• 스캐너는 어휘적 분석을 통해 토큰 단위로 소스코드를 나누지만 파서는 이렇게 생성된 토큰 목록을 활용하여 구문적 분석을 수행한다. 이를 통해 코드의 실질적인 구조를 노드단위의 트리 형태로 표현한다. 각각의 노드는 코드상의 위치, 구문 종류, 코드 내용과 같은 정보를 담고 있다.

6.3.4 바인더

• 바인더의 주요 역할은 체커 단계에서 타입 검사를 할 수 있도록 기반을 마련하는 것이다. 바인더는 타입 검사를 위해 심볼이라는 데이터 구조를 생성한다. 심볼은 이전 단계의 AST에서 선언된 타입의 노드 정보를 저장한다.

6.3.5 체커와 이미터

• 체커는 파서가 생성한 AST와 바인더가 생성한 심볼을 활용하여 타입 검사를 수행한다.
• 체커의 주요 역할은 AST의 노드를 탐색하면서 심볼 정보를 불러와 주어진 소스 파일에 대해 타입 검사를 진행하는 것이다.
• 체커의 타입 검사는 다음 컴파일 단계인 이미터에서 실행된다.
• 이미터는 타입스크립트 소스 파일을 변환하는 역할을 한다. 즉, 타입스크립트 소스를 자바스크립트(js) 파일과 타입 선언 파일(d.ts)로 생성한다.
• 이미터는 타입스크립트 수、 파일을 변환하는 과정에서 개발자가 설정한 타입스크립트 설정 파일을 읽어오고, 체커를 통해 코드에 대한 타입 검증 정보를 가져온다.
• 지금까지 살펴본 타입스크립트의 컴파일 과정을 정 리하면 다음과 같다.
  • tsc 명령어를 실행하여 프로그램 객체가 컴파일 과정을 시작한다.
  • 스캐너는 소스 파일을 토큰 단위로 분리한다.
  • 파서는토큰을이용하여 AST를생성한다.
  • 바인더는 AST의 각 노드에 대응하는 심볼을 생성한다. 심볼은 선언된 타입의 노드 정보를 담고 있다.
  • 체커는 AST를 탐색하면서 심볼 정보를 활용하여 타입 검사를 수행한다.
  • 타입 검사 결과 에러가 없다면 이미터를 사용해서 자바스크립트 소스 파일로 변환한다.

끝!