为何最后一个catch块结束后仍能引用异常？是否为未定义行为？

有结论指出：

当最后一个未通过重抛（即无参throw表达式求值）退出的catch块完成时，异常对象会被销毁。

但以下代码却输出asdf：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <stdexcept>

std::exception& get_err() {
  try {
    throw std::runtime_error("asdf");
  } catch (std::exception& e) {
    return e;
  }
}

int main() {
  std::thread t;
  {
    std::exception& err = get_err();
    t = std::thread([&](){
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
      // 这难道不是悬垂引用错误吗？
      std::cout << err.what() << "\n";
    });
  }
  t.join();

  return 0;
}

核心疑问 #

• 这段代码是否属于未定义行为？为何在catch块结束很久后，仍能使用该异常对象的引用？
• 是左值引用err延长了对象的生命周期（延续到线程的lambda中）吗？如果生命周期未被延长，代码还能正常运行吗？
• 该代码在MSVC 2019 C++20下能运行，其他编译器/标准下的表现如何？

解答 #

1. 确实是未定义行为
   异常对象的生命周期严格遵循“最后一个未重抛的catch块结束时销毁”的规则。get_err()中的catch块在返回引用后就完成了，此时异常对象已经被销毁，err以及lambda中捕获的引用都是悬垂引用。代码能输出asdf只是巧合——销毁后的内存尚未被覆盖，属于“野指针/悬垂引用”的侥幸情况，并非语言标准保证的行为。

2. 左值引用无法延长异常对象的生命周期
   C++中只有临时对象绑定到const左值引用或右值引用时才会触发生命周期延长，而异常对象不属于临时对象范畴，它是由throw表达式专门创建的特殊对象。因此err作为普通左值引用，无法延长异常对象的生命周期。一旦catch块结束，对象必然销毁，后续使用引用的行为完全是未定义的，可能输出乱码、程序崩溃，或看似正常，完全取决于编译器实现和内存状态。

3. 不同编译器/标准下的表现一致
   无论是GCC、Clang还是MSVC，无论C11到C20的哪个标准，异常对象的生命周期规则都是统一的。这段代码在所有标准下都属于未定义行为，只是不同编译器的内存布局、优化策略可能导致表现不同：有的编译器可能立即覆盖销毁后的内存，导致程序崩溃或输出乱码；有的可能保留内存内容一段时间，让代码看似正常，但这都不是标准保证的行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MHebes