TypeScript의 Soundness (타입 안전성)

TypeScript의 타입 시스템은 자바스크립트의 자유로운 특성을 보존하면서도, 정적 타입을 통해 코드의 안전성을 높이기 위해 설계되었습니다.

여기서 타입 안전성(Soundness) 이라는 용어는 프로그램의 타입 시스템이 런타임 오류를 예방하는 데 얼마나 철저한지, 그리고 실제 동작이 타입 시스템에 의해 보장된 것과 얼마나 일치하는지를 의미합니다. TypeScript는 기본적으로 **"점진적 타입 시스템"**을 지향하는데, 이는 자바스크립트와의 호환성을 유지하기 위해 완전히 타입 안전한 언어는 아니라는 것을 뜻합니다.

타입 시스템이 soundness하다는 것은, 컴파일 타임에 타입 검사가 통과된 코드는 런타임에 타입 오류가 발생하지 않음을 보장한다는 의미입니다.

TypeScript는 강력한 타입 시스템을 제공하지만, 100% sound한 언어는 아닙니다.

대표적인 예시로는 타입 단언(Type Assertion), any 타입, 구조적 타입 시스템 등을 허용하면서 일부 Unsoundness를 허용

TypeScript의 목표는 자바스크립트의 유연성과 개발자 경험을 해치지 않으면서도 타입 안전성을 최대한 보장하는 것이기 때문에, 일부 상황에서는 sound하지 않게 동작할 수 있습니다.

실제로 microsoft의 typescript design goals 문서의 Non-goals를 보면 완전히 sound하거나 완전한 정확성을 추구하기보다는 정확성과 생산성의 균형을 맞추는 것을 목표로 하고 있습니다.

any 타입은 타입 검사를 완전히 우회하며, 타입 시스템을 무시하는 역할을 합니다. 이것은 매우 유용할 수 있지만, 타입 안전성을 깨뜨리는 대표적인 요소입니다.

any를 사용하면 어떤 타입도 허용되며, 이는 컴파일 타임에 검사를 피하고 런타임 오류를 유발할 수 있습니다.

let someValue: any = 5;
someValue = "Hello"; // any 타입으로 인해 어떤 값이든 할당 가능

function printLength(str: any) {
    console.log(str.length); // str이 숫자일 경우 런타임 에러 발생
}

printLength(5); // 런타임 에러 발생

타입 단언은 개발자가 TypeScript 컴파일러에게 "이 값은 내가 단언한 타입과 일치한다고 보증한다"고 명시하는 방법입니다.

하지만 잘못된 단언을 사용하면 컴파일러가 타입 검사를 우회하게 되어 런타임에 오류가 발생할 수 있습니다.

let someValue: any = "Hello";
let strLength: number = (someValue as number); // 잘못된 타입 단언

TypeScript는 구조적 타이핑(Structural Typing) 을 사용하는데, 이는 객체의 실제 구조(프로퍼티)만을 기준으로 타입을 결정하는 방식입니다.

구조적으로 호환 가능하다면, 객체 간의 할당이 허용됩니다. 하지만 이로 인해 타입이 정확하게 맞지 않더라도 할당이 허용되는 경우가 발생할 수 있습니다.

interface Person {
    name: string;
}

interface Developer extends Person {
    skills: string[];
}

let person: Person = { name: "John" };
let developer: Developer = { name: "Jane", skills: ["TypeScript"] };

person = developer; // 구조적으로 호환되므로 허용

Person과 Developer는 구조적으로 호환되기 때문에 Developer 타입의 객체를 Person 타입에 할당하는 것이 가능합니다.

하지만 Developer에는 skills라는 추가적인 속성이 있으며, 이는 타입스크립트가 타입 불일치를 제대로 인지하지 못하게 만들 수 있습니다.

TypeScript의 열거형(Enums)은 특정 값 집합을 정의하는 데 유용하지만, 열거형은 숫자 값으로 컴파일되기 때문에 잘못된 값을 할당할 수 있어 타입 안전성을 보장하지 못하는 경우가 있습니다.

enum Color {
    Red,
    Green,
    Blue
}

let color: Color = Color.Red;
color = 10; // 타입스크립트가 허용함

열거형 Color의 값으로 숫자 10을 할당하는 것은 컴파일 타임에 에러가 발생하지 않습니다.
이는 열거형이 내부적으로 숫자로 처리되기 때문인데, 이로 인해 타입 안전성이 떨어질 수 있습니다.