Ссылка на несколько объектов, как это возможно?

Ответ 1

Предоставлен диапазон для цикла

for ( range_declaration : range_expression ) loop_statement

Это эквивалентно

{
    auto && __range = range_expression ; 
    auto __begin = begin_expr ;
    auto __end = end_expr ;
    for ( ; __begin != __end; ++__begin) { 
        range_declaration = *__begin; 
        loop_statement 
    } 
}

Здесь range_declaration является вашим auto& x, он инициализируется для обозначения каждого элемента на каждой итерации, а не для повторной привязки к той же ссылке.

Ответ 2

x относится ко всем v объектам

Не в то же время. Каждый раз через цикл x - это новая локальная переменная, которая ссылается на один элемент массива.

В псевдокоде №1 он похож на

for (int* it = std::begin(v); it != std::end(v); ++it)
{
    int& x = *it; // new local variable
    // ...
}

¹ Для деталей см. здесь http://en.cppreference.com/w/cpp/language/range-for