这是因为您的Category类实现了__get()和__set()magic methods。
因此，第7行（$cat->thesizes= array();）调用Category::__set()，第12行（array_push($cat->thesizes,$product->productSize);）调用Category::__get() *，但没有调用 * Category::__set()。因此，尽管您实现了这一点，目的是将值推送到您在Category中设置的数组中，但它不会起作用，因为array_push()处理的是返回值，而不是存储在Category中的实际数组。
有几种方法可以解决这个问题。最快捷的方法是将Category::__get()更改为通过引用返回值，这是通过在函数的返回声明中使用sort-of type-hint来实现的

class Category
{
    public function &__get($key) {
        // body of function
    }
}

但这可能是不建议的原因，我可以进入如果你好奇。
更明智的方法是在循环范围内构建数组，* 然后 * 将它们添加到Category对象中，而至少不需要对代码进行重大修改

foreach ($categories as $cat) {
    // Scope local arrays here first
    $thesizes = array();
    $theproducts = array();

    foreach ($products as $product) {
        if ($product->productSize->product->category_id == $cat->id) {
            // Push to those local arrays
            array_push($thesizes, $product->productSize);
            array_push($theprodcts, $product);
        }
    }

    // Now assign them to the category object
    $cat->theSizes = array_unique($thesizes);
    $cat->theProducts = array_unique($theproducts);
}

如果您想获得额外的积分，因为这是Laravel，返回值是collections，您可以这样做，以获得更复杂的实现

$categories = (Category::all())->map(function(Category $cat) {
    $cat->theProducts = $products
        ->filter(function(Product $product) use ($cat) {
            return $product->productSize->product->category_id == $cat->id;
        })
        ->unique();

    $cat->theSizes = $cat->theProducts
        ->map(function(Product $product) {
            return $product->productSize();
        })->unique();
});

以下技巧对我很有效

public function methods(){
     //other logics
     ...
    $result = json_decode(json_encode($result));

    $result->someProp = (object)[];
    $result->someProp->another = 'test';

    return response()->json($result);
}

发生错误的原因是当您array_push到Category Object的Object时，尽管Field可能是一个数组，但它位于对象中，您必须将字段保存到数组变量，然后array_push到该变量，然后作为json字符串返回到字段

尝试使用如下自定义转换

<?php

namespace App\Models;

use Illuminate\Database\Eloquent\Model;

class Foo extends Model
{
    protected $casts = [
        'bar' => 'collection',
    ];
}

然后，您可以更新或添加物料，如下所示：

$foo = Foo::find(1);

$foo->bar['a'] = 'b';
$foo->save();