Python列表.reverse()与[::-1]的区别及旋转矩阵结果异常问题

这是很多开发者都熟悉的LeetCode题目，要求实现矩阵旋转功能，不返回任何值，直接原地修改输入的矩阵。

可正常运行的reverse()版本 #

class Solution:
    def rotate(self, matrix: List[List[int]]) -> None:
        """
        Do not return anything, modify matrix in-place instead.
        """
        matrix.reverse()
        n=len(matrix)
        for i in range(n):
            for j in range(i):
                matrix[i][j],matrix[j][i]=matrix[j][i],matrix[i][j]

输入为[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]时，该版本可输出符合预期的结果[[7,4,1],[8,5,2],[9,6,3]]。

结果异常的[::-1]切片版本 #

如果仅将反转操作替换为[::-1]切片写法，代码如下：

class Solution:
    def rotate(self, matrix: List[List[int]]) -> None:
        """
        Do not return anything, modify matrix in-place instead.
        """
        matrix=matrix[::-1]
        n=len(matrix)
        for i in range(n):
            for j in range(i):
                matrix[i][j],matrix[j][i]=matrix[j][i],matrix[i][j]

相同输入下，该版本输出为[[9,6,3],[8,5,2],[7,4,1]]，不符合预期。

差异原因说明 #

两种反转操作的元素反转逻辑没有任何区别，结果不一致的核心原因是Python的变量绑定规则和列表浅拷贝特性，和反转逻辑本身无关：

• matrix.reverse()是原地方法，直接修改变量matrix指向的原外层列表对象，不会生成新列表。后续转置操作全部在原列表上执行，外部传入的矩阵会被直接修改，结果正确。
• matrix[::-1]会生成一个全新的外层列表，新列表仅拷贝原外层列表的引用，内部装的三个行子列表和原矩阵的子列表是完全相同的对象（浅拷贝）。当执行matrix = matrix[::-1]时，只是把函数内部的局部变量matrix重新绑定到了新生成的外层列表上，函数外部传入的原外层列表的行顺序从头到尾都没有被修改。
• 后续的转置操作虽然在新外层列表上完成了正确的旋转计算，但因为子列表是原矩阵和新列表共享的，转置时的元素交换直接修改了原矩阵三个行子列表的内部值。最终外部拿到的原矩阵，外层还是初始的行顺序，行内元素却被转置操作改乱，就出现了顺序颠倒的错误结果。

如果想使用切片写法实现和reverse()完全一致的效果，只需要把重新赋值改为切片赋值：matrix[:] = matrix[::-1]，这种写法会直接替换原外层列表的内部元素，不会重新绑定局部变量，运行结果就会符合预期。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DeadJoker