우아한 타입스크립트 with 리액트 / 6장 타입스크립트 컴파일

런타임과 컴파일타임

프로그래밍 언어는 일반적으로 고수준(high-level)과 저수준(low-level) 언어로 구분할 수 있다.

고수준 -> 사람이 이해하기 쉬운 형식

저수준 -> 컴퓨터가 이해하기 쉬운 형식

 

자바스크립트는 대표적인 고수준 언어에 속하며 컴파일러나 인터프리터에 의해 저수준

프로그래밍 언어로 번역되어 실행된다.

 

개발자가 작성한 소스코드는 컴파일러에 의해 기계어 코드로 변환되어 실행이 가능한 프로그램이

되는데 이 단계를 컴파일타임이라고 부르며, 컴파일이 완료되면 프로그램이 메모리에 적재되어

실행되는데 이 시간을 런타임이라고 한다.

자바스크립트의 런타임

자바스크립트의 런타임은 자바스크립트가 실행되는 환경을 의미한다. ex) 크롬, Node.js

런타임은 다양한 구성 요소로 이루어져 있고 대표적으로는 자바스크립트 엔진, 웹 API,

콜백 큐, 이벤트 루프, 렌더 큐가 있다.

타입스크립트의 컴파일

일반적으로 컴파일은 추상화 단계가 다른 고수준 언어에서 저수준 언어로 변환되는 과정을

가리킨다. 타입스크립트는 tsc라 불리는 컴파일러를 통해 자바스크립트 코드로 변환되는데,

이는 고수준 언어에서 또 다른 고수준 언어로 변환되는 것이기에 컴파일이 아닌

트랜스파일 이라고 부르기도 한다.

 

또한 이러한 변환 과정은 소스코드를 다른 소스코드로 변환하는 것이기에 타입스크립트

컴파일러를 소스 대 소스 컴파일러 라고 지칭하기도 한다.

타입스크립트 컴파일러가 소스코드를 컴파일하여 프로그램이 실행되기까지의 과정을 정리하면

다음과 같다.

1. 타입스크립트 소스코드를 타입스크립트 AST로 만든다 (tsc)
2. 타입 검사기가 AST를 확인하여 타입을 확인한다 (tsc)
3. 타입스크립트 AST를 자바스크립트 소스로 변환한다 (tsc)
4. 자바스크립트 소스코드를 자바스크립트 AST로 만든다 (런타임)
5. AST가 바이트 코드로 변환된다 (런타임)
6. 런타임에서 바이트 코드가 평가되어 프로그램이 실행된다 (런타임)

이때 타입스크립트 소스코드의 타입은 1~2 단계에서만 사용된다.

3단계부터는 타입을 확인하지 않아 개발자가 작성한 타입 정보는 단지 타입을 확인하는 데만

쓰이며 최종적으로 만들어지는 프로그램에는 아무런 영향을 주지 않는다.

 

타입스크립트는 컴파일타임에 타입을 검사하기 때문에 에러가 발생하면 프로그램이

실행되지 않는다. 이러한 특징 때문에 타입스크립트를 컴파일타임에 에러를 발견할 수 있는

정적 타입 검사기라고 부른다.

타입스크립트 컴파일러의 동작

코드 검사기로서의 타입스크립트 컴파일러

타입스크립트 컴파일러는 코드에 타입 오류가 없는지를 확인한다. 정적으로 코드를 분석하여

에러를 검출하여 코드를 실행하기 전에 오류가 있다는 것을 바로 알 수 있어 런타임 이전

컴파일타임에 문법 에러와 타입 관련 에러를 모두 검출한다.

 

타입스크립트 컴파일러는 tsc binder를 사용하여 타입 검사를 하고 검사를 거쳐 코드를

안전하게 만든 이후에는 타입스크립트 AST를 자바스크립트 코드로 변환한다.

코드 변환기로서의 타입스크립트 컴파일러

타입스크립트 컴파일러는 타입 검사 후 코드를 각자의 런타임 환경에서 동작할 수 있도록

구버전의 자바스크립트로 트랜스파일한다. 타입스크립트 소스코드는 브라우저와 같은

런타임에서 실행될 수 없어 파싱하고 자바스크립트 코드로 변환해야 실행할 수 있게 된다.

 

타입스크립트 컴파일러는 타입 검사 후 코드 변환을 시작하는데, 타입 검사와 코드 변환은

독립적으로 동작하기 때문에 타입 오류가 있더라도 일단 컴파일을 진행한다.

타입스크립트 코드의 타이핑이 잘못되어 발생하는 에러는 자바스크립트 실행 과정에서

런타임 에러로 처리된다.

 

자바스크립트는 타입 정보를 이해하지 못해 타입스크립트 소스코드에 타입 에러가 있더라도

자바스크립트로 컴파일되어 타입 정보가 모두 제거된 후에는 타입이 아무런 효력을 발휘하지

못한다.

// TS
const item: string = "food";
 // Type 'string' is not assignable to type 'number'
const count: number = "2";

// JS
const item = "food";
const count = "2";

 

정리하자면 타입스크립트 컴파일러의 역할을 크게 2가지로 나눌 수 있다.

• 최신 버전의 타입스크립트-자바스크립트 코드를 구버전의 자바스크립트로 트랜스파일 한다.
• 코드의 타입 오류를 검사한다.

타입스크립트 컴파일러의 구조

타입스크립트 컴파일러는 다섯 단계를 거쳐 타입 검사와 자바스크립트 소스코드 변환을 진행한다.

프로그램

타입스크립트 컴파일러는 tsc 명령어로 실행된다.

컴파일러는 tsconfig.json에 명시된 컴파일 옵션을 기반으로 컴파일을 수행하는데, 먼저 전체적인

컴파일 과정을 관리하는 프로그램 객체가 생성된다. 이 프로그램 객체는 컴파일할 타입스크립트

소스 파일과 소스 파일 내에서 임포트된 파일을 불러오는데, 가장 최초로 불러온 파일을 기준으로

컴파일 과정이 시작된다.

스캐너

타입스크립트 소스를 자바스크립트로 변환하기 위한 첫 번째 단계이며 타입스크립트 소스 파일을

어휘적으로 분석하여 토큰을 생성하는 역할을 한다.

const woowa = "bros";

파서

파서는 토큰 정보를 이용하여 AST를 생성한다.

AST는 컴파일러가 동작하는 데 핵심 기반이 되는 자료 구조로 소스코드의 구조를 트리 형태로

표현한다. 최상위 노드는 타입스크립트 소스 파일이며 최하위 노드는 파일의 끝 지점으로

구성된다.

 

스캐너는 어휘적 분석을 통해 소스코드를 토큰 단위로 나누지만 파서는 이렇게 생성된 토큰 목록을

활용해 구문적 분석을 수행한다. 이를 통해 코드의 실질적인 구조를 노드 단위의 트리 형태로

표현한다. 각각의 노드는 코드상의 위치, 구문 종류, 코드 내용과 같은 정보를 담고 있다.

function normalFunction() {
  console.log("normalFunction");
}

normalFunction();

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.

export interface Symbol {
  flags: SymbolFlags; // Symbol flags

  escapedName: string; // Name of symbol

  declarations?: Declaration[]; // Declarations associated with this symbol

  // 이하 생략...
}

심볼 인터페이스의 declarations 필드는 AST 노드의 배열 형태를 보인다.

결과적으로 바인더는 심볼을 생성하고 해당 심볼과 그에 대응하는 AST 노드를 연결하는

역할을 수행한다.

체커와 이미터

체커는 파서가 생성한 AST와 바인더가 생성한 심볼을 활용하여 타입 검사를 수행한다.

이 단계에서 체커의 소스 크기는 파서의 소스 크기보다 훨씬 커 전체 컴파일 과정에서

타입 검사가 차지하는 비중이 크다는 것을 짐작할 수 있다.

 

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.

checker.ts의 getDiagnostics() 함수를 사용해서 타입을 검증하고 타입 에러에 대한

정보를 보여줄 에러 메시지를 저장한다.

 

이미터는 타입스크립트 소스 파일을 변환하는 역할을 한다.

즉 타입스크립트 소슬를 js 파일과 타입 선언 파일 d.ts 로 생성한다.

 

이미터는 타입스크립트 소스 파일을 변환하는 과정에서 개발자가 설정한 타입스크립트 설정

파일을 읽어오고, 체커를 통해 코드에 대한 타입 검증 정보를 가져온다. 그리고

emitter.ts 소스 파일 내부의 emitFiles()함수를 사용하여 타입스크립트 소스 변환을 진행한다.

 

지금까지의 내용을 정리하면 다음과 같다.

 

타입스크립트의 컴파일 과정

• tsc 명령어를 실행하여 프로그램 객체가 컴파일 과정을 시작한다.
• 스캐너는 소스 파일을 토큰 단위로 분리한다.
• 파서는 토큰을 이용하여 AST를 생성한다.
• 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.