Pandas の DataFrame には苦手意識がある。あまりにインターフェイスが複雑すぎてわけがわからない。特に一番複雑なのは [](__getitem__) 。ドキュメントがまともにない。

やはり同じようなことを考えていた人が stack overflow にいた。

Pandas DataFrame: complete spec for __getitem__()?

結局、ソースコードを読め、ということらしい。普通に Python で書いてあるので読めることは読める。frame.py というファイルに書いてある。私が一番気になるのは、 __getitem__ にリストを与えたときの挙動だ。__getitem__ から呼び出されている次のメソッドに答えがあった(pandas のバージョンは 0.22.0)。

    def _getitem_array(self, key):
        # also raises Exception if object array with NA values
        if com.is_bool_indexer(key):
            # warning here just in case -- previously __setitem__ was
            # reindexing but __getitem__ was not; it seems more reasonable to
            # go with the __setitem__ behavior since that is more consistent
            # with all other indexing behavior
            if isinstance(key, Series) and not key.index.equals(self.index):
                warnings.warn("Boolean Series key will be reindexed to match "
                              "DataFrame index.", UserWarning, stacklevel=3)
            elif len(key) != len(self.index):
                raise ValueError('Item wrong length %d instead of %d.' %
                                 (len(key), len(self.index)))
            # check_bool_indexer will throw exception if Series key cannot
            # be reindexed to match DataFrame rows
            key = check_bool_indexer(self.index, key)
            indexer = key.nonzero()[0]
            return self._take(indexer, axis=0, convert=False)
        else:
            indexer = self.loc._convert_to_indexer(key, axis=1)
            return self._take(indexer, axis=1, convert=True)

com.is_bool_indexer(key) で key が bool（真偽値）かどうかチェックしているのが味噌。
要するに、

bool なら、行のセレクタ
bool 以外なら、列のセレクタ

として動作しているということだ。

だから、

df[df.x == 1]

なら、「カラムx が 1 である行を抜き出して DataFrame として返す」し、

df[['x']]

なら、「カラムxだけを抜き出して DataFrame として返す」という動作になる。

同じようなことは、loc を使ってもできるので、動作が曖昧な __getitem__ はあまり使わないほうがいいのかもしれない。ただ、簡潔に書けるのは魅力的なので、用量を守って使用すればいいのかな。