выполнение цикла bash во время выполнения команды

Да, это неправильно. Не существует никакого продления жизненного цикла ссылки, поэтому ссылка ссылается на уничтоженное значение, и любое его использование (почти) 1 является неопределенным поведением. Вы не должны возвращать оборванные ссылки или указатели.

1: decltype на самом деле не используется, но это также не UB. Так и есть. Хранение ссылки на него также не является UB. Также не используется.