WideCharToMultiByte конвертирует строку, но добавляет мусор

WideCharToMultiByte конвертирует не ASCII-z строки, а массив. На выходе функции - идет char (байт). это означает что если вы конвертируете строку длинной size_needed - то она сконвертируется, но вам нужен +1 символ, если стока должна быть не "массивом", а ASCII-z, т.к. большинство функций работает именно с ASCII-z. В данном случае я бы сделал так

*output = malloc<char>(size_needed + 1); /*Добавить 1*/
//memset(*output, 0 , size_needed); это лишнее
WideCharToMultiByte(CP_UTF8, 0, input, str_len, *output, size_needed, 0, 0);
(*output)[size_needed] = 0; /*Добавляем ноль*/

Если вам строка 2 - нравится, то строку 4 можно не писать.

Для MultiByteToWideChar длинна символа будет 2, поэтому будет malloc<wchar_t>(size_needed + 2) (если size_needed-правильный размер).

P.S. Вижу преобразование кодировок, от себя добавлю. Если нужна конвертация с юникода в ANSI/OEM есть интересный короткий вариант wsprintfA(*output,"%ls",input) и назад wsprintfW(*output,L"%hs",input)

WideCharToMultiByte имеет два режима работы: с массивом указанной длины и с оканчивающейся нулем строкой. Явно указывая длину входного массива str_len активируется первый режим, а для активации второго вместо длины следует передать -1, тогда функция вернет требуемый размер буфера включая ноль на конце и корректно его поставит во время конвертации. Соответственно считать длину строки самостоятельно не нужно, однако следует проверять возвращаемые значения перед использованием:

char * p_output{};
int const buffer_capacity{::WideCharToMultiByte(CP_UTF8, 0, input, -1, nullptr, 0, 0, 0)};
if(0 < buffer_capacity)
{
    p_output = malloc<char>(buffer_capacity);
    if(p_output)
    {
        [[maybe_unused]] int const bytes_written{::WideCharToMultiByte(CP_UTF8, 0, input, -1, p_output, buffer_capacity, 0, 0)};
        assert(bytes_written == buffer_capacity);
        assert('\0' == p_output[buffer_capacity - 1]);
    }
}
*output = p_output;