6.5 서로소 유니온 타입

유니온 타입의 특수한 경우인 서로소 유니온 타입의 의미와 쓸모에 대해 다룬다.

앞에서 타입을 집합으로 바라보는 관점을, 또 그러한 관점에서 유니온 타입은 합집합을 표현하는 수단임을 배웠다. 이번엔 그러한 유니온 타입을 사용할 때 유용한 패턴에 대해 다루어 보자.

겹치지 않는 타입으로 이루어진 유니온 타입

interface Employee {
  department: string;
  salary: number;
}
interface Boss {
  kind: boolean;  
}
type CompanyMember = Employee | Boss;

회사의 멤버는 직원 또는 사장이라고 정의했다. 이 때 유니온 타입을 구성하는 Employee와 Boss 각각을 브랜치(branch)라 부른다. 다음 객체를 보자. 이 객체는 어떤 브랜치에 속하는가?

const whoAmI: CompanyMember = {
  kind: true,
  salary: 777,
  department; 'everywhere',
};

정답은 ‘둘 다’다.타입스크립트는 구조적 타입 시스템을 가지므로, whoAmI 객체는 Employee 타입으로 볼 수도 있고 Boss 타입으로 볼 수도 있다. 다르게 표현하면, whoAmI는 Employee 집합과 Boss 집합의 교집합에 속한다.

그렇다면 만약 Employee와 Boss 타입을 다음처럼 정의한다면 어떻게 될까? 각각의 브랜치, 즉 유니온 타입을 구성하는 타입마다 고유한 리터럴 타입 속성을 추가하는 것이다.

interface Employee {
  type: 'Employee';
  department: string;
  salary: number;
}

interface Boss {
  type: 'Boss';
  kind: boolean;  
}

interface CompanyMember = Employee | Boss;

위 정의에서 두 인터페이스는 서로 다른 리터럴 타입의 type 속성을 갖는다. 'Boss' 타입이면서 'Employee' 타입인 문자열은 없다. 따라서 동시에 Employee 타입이면서 Boss 타입인 값은 존재할 수 없다. 즉 Employee 집합과 Boss 집합의 교집합은 공집합이다.

type EmployeeAndBoss = Employee & Boss; // 불가능하다. 따라서 never 타입.

이렇게 브랜치 간에 겹치는 부분이 없는 유니온 타입을 서로소 유니온 타입(disjoint union type)이라 부른다. “서로소”는 교집합이 없는 집합 사이의 관계를 의미하는 “서로소 집합”에서 따온 용어다.

이러한 타입은 ‘서로소 유니온 타입’ 이외에도 여러가지 다른 이름을 갖고 있다.

먼저 위의 type 속성처럼, 특정 속성을 통해 값이 속하는 브랜치를 식별할 수 있다는 이유로 식별 가능한 유니온(discriminated union type)또는 태그된 유니온(tagged union)이라는 이름을 갖는다. 브랜치를 식별하기 위해 쓰이는 type 속성은 식별자(discriminator) 또는 태그(tag)라 불린다.

서로소 유니온 타입의 또 다른 이름으로 합 타입(sum type)이 있다. 다음 코드를 보자. Bool 타입은 2개의 값, Num 타입은 3개의 값을 갖는다.

type Bool = true | false;
type Num = 1 | 2 | 3;

이 때 아래와 같이 정의한 서로소 유니온 타입 SumType은 몇 개의 값을 가질까?

type SumType = { type: 'bool', value: Bool } | { type: 'num', value: Num }; 

두 브랜치에 동시에 속하는 값이 없으므로 SumType은 2 + 3 = 5 개의 값을 갖는다. 합 타입이라는 이름은 이렇듯 각 브랜치가 갖는 값의 수를 합친 만큼의 값을 갖는 타입이라는 데에서 유래했다.

서로소 유니온 타입 패턴을 사용해 서로 겹치지 않는 여러 경우 중 하나인 타입을 표현할 수 있다. 이 패턴은 매우 유용한데, 실제로 프로그래밍을 하면서 마주치는 많은 상황이 이러한 경우에 해당하기 때문이다.

• 네트워크 요청: 요청은 성공하거나 실패하겠지만, 성공한 동시에 실패할 수는 없다.

• 데이터베이스에서 특정 아이디를 갖는 컬럼을 쿼리: 해당 컬럼이 있거나 없지만, 있으면서 없을 수는 없다.

• 어떤 파일명을 갖는 파일 내용을 읽어오는 경우: 해당 파일이 있거나 없지만, 있으면서 없을 수는 없다.

그 외에도 여러가지 선택지 중 하나의 결과를 갖는 대부분의 상황을 서로소 유니온 타입으로 표현할 수 있다.

switch를 이용한 패턴 매칭

서로소 유니온 타입의 브랜치 사이에 겹치는 값이 없다. 이 성질과 패턴 매칭을 사용하면 간결하고 직관적인 코드를 짤 수 있다. 이런 장점 때문에 하스켈, 스칼라, 러스트 등의 함수형 프로그래밍 언어는 서로소 유니온 타입과 패턴 매칭을 매우 적극적으로 사용한다.

아쉽게도 타입스크립트는 언어 차원에서 패턴 매칭 문법을 제공하지 않는다. 하지만 switch-case 제어 구조와 타입 좁히기의 힘을 빌려 비슷한 효과를 흉내낼 수 있다. kind 속성을 식별자로 갖는 다음 서로소 유니온 타입을 생각해보자.

interface Square {
  kind: "square";
  size: number;
}
interface Rectangle {
  kind: "rectangle";
  width: number;
  height: number;
}
interface Circle {
  kind: "circle";
  radius: number;
}
type Shape = Square | Rectangle | Circle;

이 때 Shape 타입의 값을 받아 면적을 반환하는 함수를 다음과 같이 구현할 수 있다.

function area(s: Shape): number {
  switch (s.kind) {
    case "square": {
      // s의 타입 Square로 좁혀짐
      return s.size * s.size;
    }
    case "rectangle": {
      // s의 타입 Rectangle로 좁혀짐
      return s.height * s.width;
    }
    case "circle": {
      // s의 타입 Circle로 좁혀짐
      return Math.PI * s.radius ** 2;
    }
  }
}

타입스크립트의 타입 시스템은 s.kind를 식별자로 사용해 각각의 case 문 내에서 s의 타입을 성공적으로 좁혀낼 수 있다. 또한, 세 가지 case문을 통해 가능한 모든 경우를 이미 처리했음을 알고 있으므로 default 브랜치가 없이도 이 함수의 반환 타입이 number라는 사실을 이해한다.

다음과 같이 프로그래머가 실수로 한 브랜치를 처리하지 않는 경우를 생각해보자.

function incompleteArea(s: Shape): number {
  switch (s.kind) {
    case "square": {
      // s의 타입 Square로 좁혀짐
      return s.size * s.size;
    }
    case "rectangle": {
      // s의 타입 Rectangle로 좁혀짐
      return s.height * s.width;
    }
  }
}

위 코드는 다음 에러를 발생시킨다. number 타입을 반환해야 하는데 undefined 를 반환하는(즉 반환문이 없는) 경우가 있으므로 무언가 잘못되었음을 알려주는 것이다.

error TS2366: Function lacks ending return statement and return type does not include 'undefined'.

그 뿐만이 아니다. 타입스크립트는 실수로 식별자 이름에 오타를 내는 경우에도 그런 식별자는 존재하지 않는다는 사실을 지적해 줄 수 있다.

function areaWithTypo(s: Shape): number {
  switch (s.kind) {
    case "square": {
      // s의 타입 Square로 좁혀짐
      return s.size * s.size;
    }
    case "rectangl": {
      // 오타 발생
      return s.height * s.width;
    }
    case "circle": {
      // s의 타입 Circle로 좁혀짐
      return Math.PI * s.radius ** 2;
    }
  }
}
// error TS2678: Type '"rectangl"' is not comparable to type '"square" | "circle" | "rectangle"'.

이런 식으로 타입스크립트가 모든 브랜치가 올바르게 처리되었는지 수행하는 검사를 완전함 검사(exhaustiveness check)라 부른다.

이렇듯, 서로소 유니온 타입과 switch-case를 사용해 언어가 지원하지 않는 패턴매칭을 흉내 낼 수 있다. 실제로 이 패턴은 redux를 비롯해 여러 인기 있는 라이브러리에서 쓰인다.

사실 자바스크립트에 패턴 매칭을 도입하려는 프로포절이 존재한다. 2018년 3월 현재 아직까지는 stage 0에 머물러 있지만, 만약 이 프로포절이 살아남는다면 몇 년 후에는 자바스크립트와 타입스크립트에서도 언어 차원에서 지원되는 패턴 매칭을 사용할 수 있을지 모른다.