Memberi C Kekuatan Super: File Header Kustom Pengguna (`safe_c.h`)

• safe_c.h adalah file header kustom sepanjang 600 baris yang menambahkan fitur keamanan dan kemudahan ala C++ dan Rust ke bahasa C, dan digunakan dalam implementasi grep yang aman terhadap thread tanpa kebocoran memori (cgrep)
• Melalui RAII, smart pointer, dan atribut cleanup otomatis, pengelolaan resource diotomatisasi tanpa perlu pemanggilan free() manual
• Dengan vector, view, tipe Result, dan makro kontrak, buffer overflow, penanganan error, dan verifikasi prasyarat dapat dilakukan dengan aman
• Dengan pelepasan mutex otomatis, makro spawn thread, dan optimasi prediksi percabangan, keamanan tetap terjaga sambil mempertahankan konkurensi dan performa
• Hasilnya, ini membuktikan kemungkinan menulis kode C tanpa kebocoran dan segfault dengan performa yang sama (setara tingkat -O2)

---

Ikhtisar safe_c.h

• safe_c.h adalah file header yang membawa fitur C++ dan Rust ke dalam kode C
  • Bahkan pada compiler yang tidak mendukung atribut C23 [[cleanup]] (seperti GCC 11, Clang 18), ia tetap menyediakan perilaku RAII (pembersihan otomatis) yang sama
  • Makro CLEANUP(func) secara otomatis melepaskan resource saat fungsi berakhir
  • Makro LIKELY() dan UNLIKELY() untuk optimasi prediksi percabangan pada hot path

Manajemen memori: UniquePtr dan SharedPtr

• UniquePtr adalah smart pointer kepemilikan tunggal yang otomatis memanggil free() saat scope berakhir
  • Jika dideklarasikan dengan makro AUTO_UNIQUE_PTR(), memori tetap dibebaskan otomatis meski terjadi error atau return lebih awal
• SharedPtr adalah struktur dengan reference counting otomatis yang menghancurkan resource secara otomatis saat referensi terakhir dilepas
  • shared_ptr_init() dan shared_ptr_copy() menangani kenaikan/penurunan referensi secara otomatis
  • Digunakan untuk mengelola struct yang dibagikan secara aman antar-thread

Pencegahan buffer overflow: Vector dan View

• Makro DEFINE_VECTOR_TYPE() membuat vector yang dapat berkembang otomatis dan type-safe
  • Realokasi, pengelolaan kapasitas, dan pembersihan ditangani secara otomatis
  • Jika dideklarasikan dengan AUTO_TYPED_VECTOR(), resource dibebaskan otomatis saat scope berakhir
• StringView dan Span adalah struct referensi non-owning untuk menangani slice string dan array tanpa malloc tambahan
  • DEFINE_SPAN_TYPE() mendefinisikan Span per tipe
  • Dilengkapi pemeriksaan batas untuk menjamin akses array yang aman

Penanganan error: tipe Result dan RAII

• Struct Result adalah tipe nilai balik yang membedakan sukses/gagal mirip Result<T, E> milik Rust
  • DEFINE_RESULT_TYPE() membuat struct hasil per tipe
  • RESULT_IS_OK() dan RESULT_UNWRAP_ERROR() memungkinkan penanganan error yang jelas
• Dikombinasikan dengan atribut CLEANUP, resource dibebaskan otomatis saat fungsi selesai
  • Makro AUTO_MEMORY() membersihkan memori hasil malloc secara otomatis

Kontrak dan string aman

• Makro requires() / ensures() menyatakan kondisi sebelum dan sesudah fungsi
  • Jika gagal, pesan error yang jelas akan ditampilkan
• safe_strcpy() adalah fungsi copy dengan pemeriksaan ukuran buffer, untuk mencegah overflow
  • Jika gagal, fungsi mengembalikan false sehingga penanganan error tetap aman

Konkurensi: unlock otomatis dan makro thread

• Fungsi pelepasan mutex otomatis berbasis CLEANUP mencegah deadlock
  • pthread_mutex_unlock() dipanggil otomatis saat scope berakhir
• Makro SPAWN_THREAD() dan JOIN_THREAD() menyederhanakan pembuatan dan join thread
  • Digunakan dalam implementasi thread pool pemrosesan file pada cgrep

Optimasi performa

• Makro LIKELY() / UNLIKELY() menyediakan prediksi percabangan untuk hot path
  • Efek optimasi setingkat PGO dapat diperoleh bahkan pada build -O2
• Meski fitur keamanan ditambahkan, tidak ada penurunan performa

Kesimpulan

• cgrep yang menggunakan safe_c.h terdiri dari 2.300 baris kode C, dan menghilangkan lebih dari 50 pemanggilan free() manual
• Tetap mempertahankan assembly dan kecepatan eksekusi yang sama, sambil mewujudkan kode C yang aman tanpa kebocoran memori dan segfault
• Ini adalah contoh yang menggabungkan keamanan modern sambil mempertahankan kesederhanaan dan kebebasan C
• Penulis menyebutkan bahwa tulisan berikutnya akan membahas alasan cgrep bisa lebih dari 2 kali lebih cepat dari ripgrep dan menggunakan memori 20 kali lebih sedikit
• safe_c.h disebut cocok untuk proyek baru, meski juga disinggung bahwa pendekatan berbasis makro dapat meningkatkan kesulitan debugging
• Verifikasi akurasi dan keamanan dilakukan dengan berbagai static analyzer (GCC analyzer, ASAN, UBSAN, Clang-tidy, dll.)