如何在 Java 中检查数组是否包含特定元素

简介

在本次实验中，你将学习如何使用不同的技术来检查 Java 数组中是否存在特定元素。我们将首先探讨使用传统的 for 循环遍历数组来搜索元素的基本方法。

在掌握基本的迭代方法之后，你将了解如何利用 Arrays.stream() 方法，以更简洁且可能更高效的方式检查元素是否存在。最后，我们将讨论在搜索操作中处理数组中 null 元素这一重要问题。

Skills Graph

通过循环遍历数组查找元素

在这一步中，你将学习如何使用传统的 for 循环遍历 Java 数组，以检查特定元素是否存在。这是在数据集合中进行搜索的基本技术。

首先，在你的 ~/project 目录下创建一个名为 ArraySearch.java 的新 Java 文件。你可以使用左侧的 WebIDE 文件浏览器来完成此操作，也可以在终端中运行以下命令：

touch ~/project/ArraySearch.java

现在，在 WebIDE 编辑器中打开 ArraySearch.java 文件，并添加以下 Java 代码：

public class ArraySearch {

    public static void main(String[] args) {
        // Define an array of strings
        String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"};

        // The element we want to search for
        String searchElement = "Cherry";

        // Variable to keep track if the element is found
        boolean found = false;

        // Loop through the array
        for (int i = 0; i < fruits.length; i++) {
            // Check if the current element is equal to the search element
            if (fruits[i].equals(searchElement)) {
                found = true; // Element found
                break; // Exit the loop since we found the element
            }
        }

        // Print the result
        if (found) {
            System.out.println(searchElement + " was found in the array.");
        } else {
            System.out.println(searchElement + " was not found in the array.");
        }
    }
}

让我们来详细分析这段代码：

• String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"};：这行代码声明并初始化了一个名为 fruits 的字符串数组，其中包含了几种水果的名称。
• String searchElement = "Cherry";：这行代码声明了一个字符串变量 searchElement，并将值 "Cherry" 赋给它。这就是我们要在数组中查找的元素。
• boolean found = false;：这行代码声明了一个布尔型变量 found，并将其初始化为 false。如果在数组中找到了 searchElement，我们会将其设置为 true。
• for (int i = 0; i < fruits.length; i++)：这是一个标准的 for 循环，用于遍历数组。i 从 0 开始，一直递增到（但不包括）fruits 数组的长度。
• if (fruits[i].equals(searchElement))：在循环内部，这个 if 语句检查数组的当前元素 (fruits[i]) 是否等于 searchElement。在 Java 中，我们使用 .equals() 方法来比较字符串，而不是 == 运算符。
• found = true;：如果元素相等，我们将 found 变量设置为 true。
• break;：一旦找到元素，我们使用 break 语句提前退出循环，因为没有必要继续搜索了。
• 最后的 if/else 代码块根据 found 变量的值打印一条消息，指示是否找到了 searchElement。

保存 ArraySearch.java 文件（Ctrl+S 或 Cmd+S）。

现在，让我们在终端中编译并运行这个程序。确保你位于 ~/project 目录下。

编译代码：

javac ArraySearch.java

如果没有错误，将会创建一个 ArraySearch.class 文件。

运行编译后的代码：

java ArraySearch

你应该会看到以下输出：

Cherry was found in the array.

现在，尝试将 searchElement 更改为数组中不存在的元素，例如 "Grape"，保存文件，重新编译并再次运行，以查看不同的输出。

使用 Arrays.stream() 检查元素

在这一步中，你将学习一种更现代且通常更简洁的方法，即使用流 API（Streams API），特别是 Arrays.stream() 来检查 Java 数组中是否存在某个元素。这种方法利用了函数式编程的概念，对于某些任务而言，可以让你的代码更具可读性。

我们将修改你在上一步中创建的 ArraySearch.java 文件。在 WebIDE 编辑器中打开 ~/project/ArraySearch.java。

将现有代码替换为以下内容：

import java.util.Arrays;

public class ArraySearch {

    public static void main(String[] args) {
        // Define an array of strings
        String[] fruits = {"Apple", "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"};

        // The element we want to search for
        String searchElement = "Cherry";

        // Use Arrays.stream() to check if the element exists
        boolean found = Arrays.stream(fruits).anyMatch(fruit -> fruit.equals(searchElement));

        // Print the result
        if (found) {
            System.out.println(searchElement + " was found in the array.");
        } else {
            System.out.println(searchElement + " was not found in the array.");
        }
    }
}

让我们来看看这些改动：

• import java.util.Arrays;：我们需要导入 Arrays 类，以便使用其 stream() 方法。
• boolean found = Arrays.stream(fruits).anyMatch(fruit -> fruit.equals(searchElement));：这是新方法的核心。
  • Arrays.stream(fruits)：这将 fruits 数组转换为一个 Stream。流是支持各种操作的元素序列。
  • .anyMatch(fruit -> fruit.equals(searchElement))：这是一个流操作。anyMatch() 用于检查流中是否有 任何 元素与给定条件匹配。该条件以 lambda 表达式 fruit -> fruit.equals(searchElement) 的形式提供。这个 lambda 表达式会从流中取出每个 fruit，并检查它是否等于 searchElement。如果找到匹配项，anyMatch() 会立即返回 true。

这种基于流的方法与 for 循环实现的结果相同，但采用了更具声明性的风格——你只需描述 要做什么（查找是否有元素与条件匹配），而无需说明 如何去做（逐步迭代）。

保存 ArraySearch.java 文件（Ctrl+S 或 Cmd+S）。

现在，在 ~/project 目录下的终端中编译并运行修改后的程序：

编译代码：

javac ArraySearch.java

运行编译后的代码：

java ArraySearch

你应该会看到与之前相同的输出：

Cherry was found in the array.

同样，你可以随意更改 searchElement 来测试 else 情况。

处理空元素

在这一步中，我们将探讨 Java 中的一个常见场景：处理数组中的 null 值。如果数组包含 null 元素，我们之前的方法可能会遇到问题。我们将学习在搜索元素时如何安全地处理 null。

再次在 WebIDE 编辑器中打开 ~/project/ArraySearch.java 文件。

修改 fruits 数组，使其包含一个 null 元素：

import java.util.Arrays;
import java.util.Objects; // Import the Objects class

public class ArraySearch {

    public static void main(String[] args) {
        // Define an array of strings with a null element
        String[] fruits = {"Apple", null, "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"};

        // The element we want to search for
        String searchElement = "Cherry";

        // Use Arrays.stream() and handle nulls
        boolean found = Arrays.stream(fruits)
                              .anyMatch(fruit -> Objects.equals(fruit, searchElement)); // Use Objects.equals

        // Print the result
        if (found) {
            System.out.println(searchElement + " was found in the array.");
        } else {
            System.out.println(searchElement + " was not found in the array.");
        }

        // Let's also search for null itself
        String searchNullElement = null;
        boolean foundNull = Arrays.stream(fruits)
                                  .anyMatch(fruit -> Objects.equals(fruit, searchNullElement));

        if (foundNull) {
            System.out.println("null was found in the array.");
        } else {
            System.out.println("null was not found in the array.");
        }
    }
}

以下是我们所做的更改：

• import java.util.Objects;：我们导入了 Objects 类，该类提供了对象的实用方法，包括对 null 的安全处理。
• String[] fruits = {"Apple", null, "Banana", "Cherry", "Date", "Elderberry"};：我们在 fruits 数组中添加了 null 作为第二个元素。
• .anyMatch(fruit -> Objects.equals(fruit, searchElement))：我们现在使用 Objects.equals(fruit, searchElement) 代替 fruit.equals(searchElement)。Objects.equals() 方法旨在优雅地处理 null 值。如果两个参数都是 null，它将返回 true，并且如果第一个参数（在这种情况下是 fruit）为 null，它可以避免抛出 NullPointerException。
• 我们添加了第二次搜索，以演示如何使用相同的 Objects.equals() 方法在数组中查找 null 本身。

保存 ArraySearch.java 文件（Ctrl+S 或 Cmd+S）。

在 ~/project 目录下的终端中编译并运行修改后的程序：

编译代码：

javac ArraySearch.java

运行编译后的代码：

java ArraySearch

你应该会看到以下输出，表明 "Cherry" 和 null 都被找到了：

Cherry was found in the array.
null was found in the array.

使用 Objects.equals() 是比较对象的推荐方法，特别是当一个或两个对象可能为 null 时。这可以防止意外的 NullPointerException 错误。

总结

在本次实验中，你学习了一种检查特定元素是否存在于 Java 数组中的基本方法：使用传统的 for 循环遍历数组。你练习了创建 Java 文件、定义数组和搜索元素、实现循环以比较元素，以及使用布尔标志来跟踪元素是否被找到。这个实践练习展示了如何执行基本的搜索操作，并根据元素是否存在于数组中输出结果。